2017高中物理第十八章原子结构3氢原子光谱课件新人教版选修3_5

- 1 - 玻尔的原子模型

玻尔原子理论的基本假设

[探新知·基础练]

1．玻尔原子模型

(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。

(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。

(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。

2．定态

当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫做基态，其他的能量状态叫做激发态。

3．跃迁

当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝Em－En，该式被称为频率条件，又称辐射条件。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．氢原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级。(√) - 2 - 2．玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。(√)

3．电子在不同轨道上运动时，会辐射电磁波。(×)

[释疑难·对点练]

1．轨道量子化

(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。

(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…，不可能出现介于这些轨道之间的其他值。

(3)轨道半径公式：rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。

2．能量量子化

(1)由于轨道的量子化，对应的原子内部能量也是量子化的。

(2)电子在不同的轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。

由于原子的不同状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫做激发态。对氢原子，以无穷远处为势能零点时，基态能量E1＝－13.6 eV。

(3)能级公式：En＝E1n2，式中n称为量子数，对应不同的轨道，n取值不同，基态取n＝1，激发态n＝2,3,4，…；量子数n越大，表示能级越高。

1 氢原子光谱

氢原子光谱（atomic spectrum of hydrogen）是最简单的原子光谱。由A.埃斯特朗首先从氢放电管中获得，后来W.哈根斯和H.沃格耳等在拍摄恒星光谱中也发现了氢原子光谱线。到1885年已在可见光和近紫外光谱区发现了氢原子光谱的14条谱线，谱线强度和间隔都沿着短波方向递减。其中可见光区有4条，分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，其波长的粗略值分别为656.28nm（纳米）、486.13nm、434.05nm和410.17nm。

氢原子光谱是氢原子内的电子在不同能级跃迁时发射或吸收不同频率 的光子形成的光谱。氢原子光谱为不连续的线光谱。

发现简史

玻尔模型描述的氢原子光谱

85年，瑞士数学教师J.巴耳末发现氢原子可见光波段的光谱巴耳末系，并给出经验公式。

1908年，德国物理学家弗里德里希·帕邢发现了氢原子光谱的帕邢系，位于红外光波段的谱线。

1914年，物理学家西奥多·莱曼(Theodore Lyman)发现氢原子光谱的莱曼系，位于紫外光波段。

1922年，物理学家F.布拉开发现氢原子光谱的布拉开系，位于近红外光波段。

1924年，物理学家奥古斯特·普丰特发现氢原子光谱的普丰特系，位于远红外光波段。

1953年，物理学家柯蒂斯·汉弗莱发现氢原子光谱的汉弗莱系，位于远红外光波段。

光谱系列

氢原子由一个质子和一个电子构成，是最简单的原子，因此其光谱一直是了解物质结构理论的主要依据。研究其光谱，可以借由外界提供能量，使氢原子内的电子跃迁至高能级后，在跳回低能级的同时，会放出跃迁量等同两个能级之间能量差的光子，再以光栅、棱镜或干涉仪分析其光子能量、强度，就可以得到其发射光谱的明线。以一定能量、强度的光源照射氢原子，则等同其能级能量差的光子会被氢原子吸收，得到其吸收光谱的暗线。另外分析来自外太空的氢原子的光谱并非易事，因为氢在大自然中以双原子分子存在。依其发现谱线所在的能量区段可将其划分为莱曼系、巴耳末系、帕邢系、布拉开系、芬德系和汉弗莱系。

4 玻尔的原子模型

一、A组(20分钟)

1.玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有( )

A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运动,但不向外辐射能量

B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的

C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子

D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率

解析:A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动的不同圆轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合。

答案:ABC

2.下面关于玻尔理论的解释中,不正确的说法是( )

A.原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量

B.原子中,虽然核外电子不断做变速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量

C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射一定频率的光子

D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的

解析:根据玻尔的原子理论,原子从高能级向低能级跃迁时要辐射一定频率的光子,而从低能级向高能级跃迁时要吸收一定频率的光子,C错误。

答案:C

3.导学号97280081已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出10种不同频率的光,下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是( )

解析:一群氢原子向低能级跃迁能发出10种不同频率的光,则n=5。根据玻尔理论,波长最长的跃迁对应着频率最小的跃迁,根据氢原子能级图,频率最小的跃迁对应的是从5到4的跃迁,选项A正确。 答案:A

4.根据玻尔的氢原子理论,当某个氢原子吸收一个光子后( )

A.氢原子所在的能级下降

B.氢原子的电势能增加

C.电子绕核运动的半径减小

D.电子绕核运动的动能增加

解析:根据玻尔的氢原子理论,当某个氢原子吸收一个光子后,氢原子的能级上升,半径增大,A、C错误;电子与原子核间的距离增大,库仑力做负功,电势能增大,B正确;电子围绕原子核做圆周运动,库仑力提供向心力,有k,可得Ek=mv2=,半径增大,动能减小,故D错误。

1 第3节 光谱__氢原子光谱

(对应学生用书页码P23)

一、光谱的几种类型及光谱分析的应用

1．光谱

复色光通过棱镜分光后，分解为一系列单色光，这些单色光按波长长短的顺序排列成的光带。

2．发射光谱

(1)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱。

①连续谱：由波长连续分布的光组成。

②明线光谱：光谱是一条条的亮线。

(2)产生：炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱一般是连续谱，而稀薄气体发光产生的光谱多为明线光谱。

3．吸收光谱

复色光通过某种炽热蒸气后，某些特定频率的光被吸收而出现暗线，这样的光谱称为吸收光谱。

4．光谱分析的应用

(1)光谱分析：根据原子光谱来鉴别物质的化学组成中是否存在这种原子，含量的多少等，这种方法叫做光谱分析。

(2)应用：分析物质的组成，灵敏度高。

[特别提醒] 同一原子的明线光谱中的明线与吸收光谱中的暗线相对应，这样的特征仅由原子决定。

二、氢原子光谱

1．氢原子光谱巴尔末公式

λ＝Bn2n2－4(n＝3,4,5,6)

2．广义巴尔末公式

1λ＝RH(1m2－1n2)(m＝1,2,3…，n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)

其中RH称里德伯常量。

1．判断：

(1)各种原子的发射光谱都是连续谱。( )

(2)不同原子的发光频率是不一样的。( ) 2 (3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。( )

(4)巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性。( )

(5)巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式。( )

答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√

2．思考：能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？

提示：能。氢光谱的最长波长对应着n＝3，代入巴尔末公式便可计算出最长波长。

(对应学生用书页码P23)

对光谱有关问题的理解

1.连续谱、线状谱、吸收谱的产生

(1)连续谱：

①产生：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱。