【高中物理】氢原子光谱和波尔的原子模型 高二物理同步精品课件（人教版2019选择性必修第三册）

高中物理选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 4节:氢原子光谱和波尔的原子模型第 2节：氢原子光谱和波尔的原子模型 导入新课 把把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？一、光谱1 1、光谱光谱光谱：光谱：光谱：光谱：光光按波长（频率）和强度按波长（频率）和强度分布的分布的记录（记录（有时只是波长成分的有时只是波长成分的记录记录）。）。用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开红 橙 黄 绿 青 蓝 紫2 2、光谱的分类光谱的分类光谱是连在一起的光谱是连在一起的,一切波长的光都有一切波长的光都有（如炽热的固体、（如炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱）液体和高压气体的发射光谱）连续连续谱：谱：一些一些不连续不连续的明线的光谱，的明线的光谱，每种原子每种原子只能发出具有本只能发出具有本身身特征的特征的某些波长的光某些波长的光（如（如稀薄气体稀薄气体、金属的蒸气或金属的蒸气或原子原子的发射光谱的发射光谱）线状线状谱谱：(原子光谱）原子光谱）发射光谱发射光谱:一、光谱 一、光谱3 3、特征谱线和光谱分析、特征谱线和光谱分析（1）气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此这些亮 线称为原子的特征谱线。（1）光谱分析光谱分析光谱分析光谱分析:由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它 的化 学成分。这种方法叫做光谱分析。光谱分析法由基尔霍夫开创的。原理：利用原子的线状谱 优点：非常灵敏而且迅速。样本中 一种元素的含量达到10-10g 时就可以被检测到。应用：发现新元素和研究天体的化学组成。原子光谱原子光谱的不连续性的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于于探索原子的结构。探索原子的结构。一、光谱3 3、特征谱线和光谱分析、特征谱线和光谱分析 三、氢原子光谱1 1、氢原子光谱的特征、氢原子光谱的特征氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。（3 3 3 3）可见光的波长范围：）可见光的波长范围：）可见光的波长范围：）可见光的波长范围：4.0104.0104.0104.010-7-7-7-7m m m m7.6107.6107.6107.610-7-7-7-7m(400nmm(400nmm(400nmm(400nm760nm)760nm)760nm)760nm)。（1 1 1 1）氢原子在可见光区有四条谱线。）氢原子在可见光区有四条谱线。）氢原子在可见光区有四条谱线。）氢原子在可见光区有四条谱线。氢原子光谱呈现氢原子光谱呈现分立的明线条纹分立的明线条纹，在，在可见光区可见光区 内，由右向左，内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性，表现出明显的规律性。（2 2 2 2）氢原子的谱线由）氢原子的谱线由）氢原子的谱线由）氢原子的谱线由不同色不同色不同色不同色亮线亮线亮线亮线组成，每种颜色对应着一种波长。组成，每种颜色对应着一种波长。组成，每种颜色对应着一种波长。组成，每种颜色对应着一种波长。三、氢原子光谱2 2、氢原子光谱的线系、氢原子光谱的线系巴耳末系波长公式：巴耳末系波长公式：（上图中可见光区的四条谱线）（上图中可见光区的四条谱线）:n=3，4，5，.R叫作里德伯常量，实验测得的值为叫作里德伯常量，实验测得的值为R1.10101.10107 7 m m-1-1 除了除了巴耳末系，后来发现的巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴也都满足与巴耳末公式类似的关系式。耳末公式类似的关系式。可见光线系可见光线系氢原子光谱的其他线系氢原子光谱的其他线系莱曼线系莱曼线系 红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普丰特系普丰特系紫紫外外线线区区n2，3，4，.n4，5，6，.n5，6，7，.n6，7，8，.三、氢原子光谱2 2、氢原子光谱的线系、氢原子光谱的线系 四、经典理论的困难 巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了粒子散射实验。但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。1、按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事实上原子是个稳定的系统。2、轨道及转动频率不断变化，辐射的电磁波频率也是连续的，即原子光谱应是连续的光谱。而实际上看到的是分立的线状谱。这些矛盾说明，尽管经典物理学可以很好的应用于宏观物体，但它不能解释原子世界的现象，必须用新的理论来解释氢原子光谱。五、波尔原子理论的基本假设玻尔，丹麦物理学家玻尔，丹麦物理学家1885年年10月月7日日1962年年11月月18日，日，1922获得诺贝尔物理学奖获得诺贝尔物理学奖假设假设1、轨道量子化轨道量子化针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出+rnn=1n=2n=3v-绕绕核核运运动动的的电电子子轨轨道道半半径径只能是某些只能是某些分立分立的数值。的数值。轨道量子化：轨道量子化：氢原子：氢原子：量子数量子数n=4n=假假设设2 2：能量量子化：能量量子化（定态、能级）（定态、能级）针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出能级：能级：原子的在各种定态时的能量值原子的在各种定态时的能量值定态定态：原子具有确定能量的稳定状态原子具有确定能量的稳定状态基态：基态：能量最低的状态能量最低的状态(离核最近离核最近)激发态：激发态：其他的能量状态其他的能量状态能量量子化：能量量子化：氢原子：氢原子：原子的能量原子的能量与与电子所在的轨道电子所在的轨道相对应相对应当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。n=五、波尔原子理论的基本假设假假设设3 3：频率条件频率条件(跃迁假说）跃迁假说）针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出 五、波尔原子理论的基本假设低能级（低能级（En）高能级（高能级（Em）电子电子吸收光子吸收光子克服库仑引力做功，原子克服库仑引力做功，原子能量增加能量增加电子电子辐射光子辐射光子，原子，原子能量减少能量减少跃跃 迁迁频率条件频率条件:+mn-电子从高能级（Em）向低能级（En）跃迁只能发射特定频率的光子轨道量子化：轨道量子化：氢原子：氢原子：能量量子化：能量量子化：氢原子：氢原子：频率条件频率条件:（辐射条件）（辐射条件）玻玻尔尔原原子子模模型型E/eV0 六、波尔理论对氢光谱的解释波尔原子理论总结1、电子从高能级向低能级、电子从高能级向低能级跃迁跃迁（自发跃迁）发射光子发射光子处于处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。由于由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。有一些分立的亮线。发射光子的能量：发射光子的能量：-六、波尔理论对氢光谱的解释-吸收光子的能量：吸收光子的能量：吸收光子的能量必须等于能级差吸收光子的能量必须等于能级差-处于处于某个能级的电子吸收能量，某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，挣脱原子核的束缚，成为成为自由电子自由电子的现象，叫的现象，叫做做电离电离。电离后。电离后自由电子自由电子动能动能EK=hv-En 六、波尔理论对氢光谱的解释2、电子从低能级向高能级、电子从低能级向高能级跃迁跃迁（受激跃迁）吸收光子吸收光子玻尔在解决核外电子的运动玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了时成功引入了量子化量子化的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、轨道粒子、轨道”等等经典概念经典概念和有关和有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的困难困难困难困难没有绕开没有绕开经典理论经典理论无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释谱线的强度等无法解释谱线的强度等1 1、玻尔理论的局限性、玻尔理论的局限性 七、波尔理论的局限性2 2、原子结构理论的发展过程、原子结构理论的发展过程汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型原子不可割原子不可割汤姆孙的西瓜模型汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型复杂（氦）复杂（氦）原子光谱原子光谱量子力学量子力学理论理论玻尔模型玻尔模型建建 立立否否 定定建建 立立否否 定定建建 立立否否 定定否否 定定观观察察与与实实验验所所获获得得的的事事实实建建 立立 科科 学学模模型型提提出出科科学学假假说说玻尔模型玻尔模型彻底放弃经典概念，彻底放弃经典概念，用电子云概念取代经典的轨道概念用电子云概念取代经典的轨道概念建建 立立电子云电子云电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积内出现的概率 七、波尔理论的局限性1 1下列说法正确的是（）下列说法正确的是（）A A烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连续光谱烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连续光谱B B生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱都是连续光谱生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱都是连续光谱C C用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的连续谱用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的连续谱D D神舟七号飞船内的三名宇航员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续谱神舟七号飞船内的三名宇航员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续谱A高中物理选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 4节:氢原子光谱和波尔的原子模型2 2如图甲所示的如图甲所示的a a、b b、c c、d d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（）谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（）A Aa a元素元素B Bb b元素元素C Cc c元素元素D Dd d元素元素B高中物理选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 4节:氢原子光谱和波尔的原子模型3 3根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径（）根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径（）A A可以取任意值可以取任意值B B可以在某一范围内取任意值可以在某一范围内取任意值C C可以取一系列不连续的任意值可以取一系列不连续的任意值D D是一系列不连续的特定值是一系列不连续的特定值D高中物理选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 4节:氢原子光谱和波尔的原子模型4 4用能量为用能量为12.75eV12.75eV的光子去激发处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向低能的光子去激发处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时可以放出几种频率的光子（）级跃迁时可以放出几种频率的光子（）A A1212种种B B6 6种种C C5 5种种D D3 3种种B高中物理选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 4节:氢原子光谱和波尔的原子模型5 5关于玻尔理论的局限性，下列说法中正确的是（）关于玻尔理论的局限性，下列说法中正确的是（）A A玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的B B玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论C C玻尔理论的局限性在