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1、氢原子光谱与玻尔氢原子光谱与玻尔氢原子光谱与玻尔氢原子光谱与玻尔的原子模型的原子模型的原子模型的原子模型复复 习习 回回 顾顾1、汤姆生通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。、汤姆生通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。2、卢瑟福根据、卢瑟福根据粒子散射实验得出了原子的核式结构模型。粒子散射实验得出了原子的核式结构模型。氢 原 子 光 谱早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光通过三世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象棱镜后的色散现象光谱，光谱，全称是光学频谱，是复色光通过色散全称是光学频谱，是复色光通过色散系统（如光栅、棱镜）进行分光后，系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光依
2、照光的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图案案。 一、一、什么是光谱？什么是光谱？ 连续分布连续分布的包含有从红光到紫的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热炽热的固体、液体和高压气体的固体、液体和高压气体的发射光谱是的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。谱。 连续光谱连续光谱：是否所有物质发的光都是这样的光谱？是否所有物质发的光都是这样的光谱？连续光谱：连续光谱：观察氢原子的光谱实验：观察氢原子的光谱
3、实验：1.装置：装置：高压发生器高压发生器23kv氢气光谱管氢气光谱管分光镜分光镜2、氢气发光时的光谱、氢气发光时的光谱氢原子光谱有什么特点？氢原子光谱有什么特点？思思考考与与讨讨论论思思考考与与讨讨论论明线光谱：明线光谱：只含有一些只含有一些不连续的亮线不连续的亮线的光谱叫做明线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子
4、不同，发射的明线光叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。2、氢气发光时的光谱、氢气发光时的光谱光谱特点：光谱特点：1.不连续，只是些不连续，只是些亮线亮线组成组成2.不同色，每种颜色对应着一种波长不同色，每种颜色对应着一种波长3.不等距，相邻两种光的波长间距不相同不等距，相邻两种光的波长间距不相同发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。物体发光直接产生的光谱叫做物体发
5、光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。1.发射光谱：发射光谱：2.吸收光谱：吸收光谱：成因：成因：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，波长的光）通过物质时，某些波长某些波长的光的光被物质吸收被物质吸收后产后产生的光谱，叫做吸收光谱。生的光谱，叫做吸收光谱。特点：特点：在连续光谱上在连续光谱上缺失了某些成份的光缺失了某些成份的光3.发射光谱与吸收光谱的对应关系：发射光谱与吸收光谱的对应关系：二、二、光谱分类光谱分类各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的
6、一条明线相对应。这表明，子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。太阳的光谱是吸收光谱。4.光谱分析及应用光谱分析及应用 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可由于每种原子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的物质的化学组以根据光谱来鉴别物质和确定的物质的化学组成。这种方法叫做光谱分析。成。这种方法叫做光谱分析。（1）检测半导体材料硅和锗等的纯度）检测半导体材料硅
7、和锗等的纯度 （2）发现新元素）发现新元素 （3）利用光谱分析可以研究天体的物质成分）利用光谱分析可以研究天体的物质成分 （4）利用光谱分析可以研究原子结构）利用光谱分析可以研究原子结构 关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是 ( )A日光灯产生的光谱是连续光谱日光灯产生的光谱是连续光谱 B太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素的元素C我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份 D连续光谱是不能用来作光谱分析的连续光谱是不能用来作光谱分析的反反 馈馈 练练 习习D氢原子是
8、最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。红红绿绿三、三、氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴耳末公式巴耳末公式N 6 N 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区，看不见）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区，看不见）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区，看不见）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区，看不见）巴耳末系巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系适用区域：适用区域：可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区1氢原子
9、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 19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾著名的 粒子散射实验四、四、经典的电磁理论的困难经典的电磁理论的困难 按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化 事实上
10、，原子是稳定的，辐射电磁波的频率也只是某些确定的值四、四、经典的电磁理论的困难经典的电磁理论的困难 人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线玻尔的原子模型1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这些现象叫做轨道量子化；2、不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；3、原子在不同的状态之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。1913年玻尔提出了自己的原子结构假说玻玻尔尔五、五、玻尔的原子结构假说玻尔的原子结构假说玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设
11、能量量子化假设：能量量子化假设：原子原子只能处于一系列只能处于一系列不连续的能量状态中不连续的能量状态中，在这些状态中原，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量不向外辐射能量。这些状态叫。这些状态叫定态定态现象：现象：氢原子光谱是分立氢原子光谱是分立(线状线状)的，原子是稳定的的，原子是稳定的.设想：设想：原子内部的能量也是不连续的。原子内部的能量也是不连续的。F1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：
12、出假设：玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设能级的跃迁假设能级的跃迁假设: : 当原子从一种定态跃迁道另当原子从一种定态跃迁道另一种定态时，它要发射一种定态时，它要发射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子.光子的能量由这两个定态的能量差决定，即光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv= E初初- - E末末E E初初初初 E E末末末末 发射光子，发射光子，发射光子，发射光子， E E初初初初 En ）间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：光子的发射和吸收 玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量氢原子能级六、六、玻尔理论对氢光谱的
13、解释玻尔理论对氢光谱的解释n 以无穷远处为参考位置以无穷远处为参考位置以无穷远处为参考位置以无穷远处为参考位置0eV10 .2eV12 .1eV12 .8eV吸吸收收能能量量放放出出能能量量氢原子能级结构氢原子能级结构En-3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0 eV-13.6eV赖曼系赖曼系普丰德系普丰德系布喇开系布喇开系帕邢系帕邢系巴耳末巴耳末高能级高能级低能级低能级例题：用例题：用12.75eV的光子照射一群基态的氢原子。的光子照射一群基态的氢原子。(1)试确定试确定氢原子所能达到的能级；氢原子所能达到的能级； (2) 所处能级自发地向较低的能级所处能级自发地向较低的能级
14、跃迁的过程中，最多可放出多少条频率不同的光谱线？跃迁的过程中，最多可放出多少条频率不同的光谱线？解：解：（1）n=4n=1n=2n=4n=3（2）6条条氢氢原子的核外原子的核外电电子从距核子从距核较较近的近的轨轨道道跃跃迁到距核迁到距核较远较远的的轨轨道道过过程中程中 ( ) A A原子要吸收光子，原子要吸收光子，电子的子的动能增大，原子的能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大能增大，原子的能量增大 B B原子要放出光子，原子要放出光子，电子的子的动能减小，原子的能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小能减小，原子的能量也减小 C C原子要吸收光子，原子要吸收光子，电子的子的动能增大，原子
15、的能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大能减小，原子的能量增大 D D原子要吸收光子，原子要吸收光子，电子的子的动能减小，原子的能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加能增大，原子的能量增加反反 馈馈 练练 习习D夫兰克夫兰克赫兹实验赫兹实验历史背景及意义历史背景及意义:1911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级个重要概
16、念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法电子与稀薄气体中原子碰撞的方
17、法(与光谱研究相独立与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。子理论提供了有力的证据。夫夫兰克兰克赫兹实验（赫兹实验（19141914）实验实验装置装置K K极极G G极极电压电压V VG G极极加反向电压加反向电压P P极极热阴极热阴极栅极栅极VAKGP接受极接受极电子在其中的运动简单描述电子在其中的运动简单描述: :从热阴极从热阴极K K发出发出, ,经经U UGKGK电场加速运动到栅极电场加速运动到栅极G G；由于接受极电压小于栅极电压，电子在由于接受极电压小于栅极电压，电子在G GPP
18、过程中将减速；过程中将减速；只有到只有到G G极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场U UPGPG到达接到达接受极板受极板P P，从而才可能通过回路，形成电流。从而才可能通过回路，形成电流。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。（1 1）调节）调节U UGKGK两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）（2 2）容器内充满气体又如何？）容器内充满气体又如何？(1) (1) 改变改变V V，到达到达P P极极的电子增加。的电子增加。(2)V=4.9v(2)V=4.
19、9v后，后，形成一峰值形成一峰值(3) (3) 每隔每隔 V=4.9vV=4.9v，就有就有一一 峰值出现。峰值出现。为为什什么么? ?051015100200300（V）实验结果实验结果: :热阴极热阴极栅极栅极VAKGP接受极接受极汞汞蒸蒸气气获得获得19251925年诺年诺贝尔贝尔物理物理学奖学奖汞汞原原子子选选择择吸吸收收，其其内内存存在在一一个个能能量量为为4 4. .9 9e eV V的的量量子子态态。电电子子能能量量小小于于4 4. .9 9e eV V时时，电电子子碰碰撞撞汞汞原原子子时时其其能能量量几几乎乎没没有有损损失失。电电子子能能量量= =4 4. .9 9e eV V
20、？= =2 2* *4 . 9 e V ？ 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念同时又应用了“轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难电子在某处单位体积内出现的电子在某处单位体积内出现的 概率概率电子云电子云 玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把原子结构的理论向前推进了一步 1、光谱和氢原子光谱的实验规律、光谱和氢原子光谱的实验规律2、玻尔理论及对氢光谱的解释、玻尔理论及对氢光谱的解释3、玻尔理论的成功和局限性、玻尔理论的成功和局限性这节课的最大收获是？这节课的最大收获是？
