高中物理 3.3+4 氢原子光谱 原子的能级结构同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第四章原子结构之谜第三节氢原子光谱第四节原子的能级结构 栏目链接 1 了解氢原子光谱的不连续性及各个线系 2 了解原子的能级 跃迁 能量量子化以及基态和激发态等概念 3 了解原子能量量子化是如何提出来的 理解原子发射与吸收光子的频率和能级差的关系 4 知道氢原子能级公式 以及能利用能级公式分析一些有关能级的问题 5 能用原子的能级结构解释氢原子的光谱的不连续性 栏目链接 栏目链接 按经典理论电子绕核旋转做加速运动 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 最后落入原子核中 轨道及转动频率不断变化 辐射电磁波频率也是连续的 原子光谱应是连续的光谱 实验表明原子相当稳定 这一结论与实验不符 实验测得原子光谱是不连续的谱线 氢原子的发光原理是什么 用什么理论来解释氢原子的发光现象 栏目链接 栏目链接 栏目链接 发光 光谱 原子光谱 不同 指纹 巴耳末公式 分立 不连续 能级 栏目链接 5 氢原子的能级公式为en n 1 2 3 其中e1 这个最低能级对应的状态称为 其他状态称为 6 处于 的氢原子是不稳定的 它会向 的能级跃迁 跃迁时释放出来的能量以 的形式向外辐射 辐射出来的能量等于两能级间的 13 6ev 基态 激发态 激发态 较低 光子 能量差 栏目链接 知识点1氢原子光谱 1 原子光谱 1 概念 原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱 这种光谱被称之为原子光谱 2 规律 每种原子都有自己特定的原子光谱 不同的原子 其原子光谱不同 因而 原子光谱被称为原子的 指纹 3 应用 可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子 确定物体的化学组成并发现新元素 栏目链接 2 氢原子的光谱 1 巴耳末系 从氢气放电管可以获得氢原子的光谱 如图所示 在可见光区域内 氢原子光谱有四条谱线 它们分别用符号h h h 和h 示 1885年 巴耳末发现这四条光谱的波长可以用一个很简单的数学公式表示 这个公式叫巴耳末公式 栏目链接 栏目链接 栏目链接 3 注意 1 在氢原子光谱图中的可见光区内 随着波长的逐渐减小 相邻谱线间的距离越来越小 表现出明显的规律性 2 巴耳末线系中的n值越大 对应的波长 越短 3 巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的 但它适用于整个巴耳末线系 该线系包括可见光和紫外光 栏目链接 例1下列说法不正确的是 a 巴耳末线系光谱线的条数只有4条b 巴耳末线系光谱线有无数多条c 当电子从n大于2的轨道跃迁到n等于2的轨道时 所得到的谱线都属于巴耳末线系d 巴耳末线系在可见光范围内只有4条 栏目链接 栏目链接 课堂训练1 下列氢原子的线系中对波长最短波进行比较 其值最小的是 a 巴耳末系b 莱曼系c 帕邢系d 布喇开系 栏目链接 解析 根据公式 t m t n m n当m 1 n 2 3 4 5 为莱曼系 在紫外区 当m 2 n 3 4 5 6 为巴耳末系 在可见光区 当m 3 n 4 5 6 为帕邢系 在近红外区 当m 4 n 5 6 7 为布喇开系 在红外区 从红外区到紫外区 波长依次减小 所以波长最短的是莱曼系 答案 b 栏目链接 知识点2原子的能级结构 1 原子的能级结构猜想 1 原子的能量 电子绕原子核运动时具有动能 它与原子核之间具有相互作用 因此电子 原子核这个系统也具有势能 两者之和为原子的能量 2 原子的能级 栏目链接 栏目链接 2 基态 在正常状态下 氢原子处于最低的能级e1 n 1 这个最低能级状态称为基态 氢原子在基态的能量为 13 6ev 3 激发态 当电子受到外界激发时 可从基态跃迁到较高的能级 较高能级对应的状态称为激发态 4 氢原子的能级图 氢原子的能级图如图所示 栏目链接 栏目链接 3 注意 1 若使原子电离 外界必须对原子做功输入能量 使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚 所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高 我们把原子电离后的能量记为0 即选取电子离核无穷远处即电子和原子核间无作用力时氢原子的能量为零 则其他状态下的能量值均为负值 2 轨道与能量 对氢原子而言 核外的一个电子绕核运行时 若半径不同 则对应着的原子能量也不同 轨道半径越大 即n值越大 氢原子能量越高 栏目链接 栏目链接 例2氢原子的基态能量为e1 如图所示 四个能级图正确代表氢原子能级的是 课堂训练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加速运动 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 栏目链接 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 栏目链接 解析 由玻尔理论的三个要点可知 选项a b d说法是正确的 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 可能辐射 也可能吸收一定频率的光子 答案 c 知识点3原子的能级跃迁 1 原子的能级跃迁的概念 跃迁是指电子从一个能级变化到另一个能级的过程 而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态 定态 跃迁到另一个能量状态 定态 2 能级跃迁的频率条件 1 处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁 并且在这过程中辐射光子 h em en em en分别为原子跃迁前后的能级 栏目链接 2 反之 原子吸收了特定频率的光子或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁 同样也遵循上面的规律 3 跃迁时电子动能 原子势能与原子能量的变化 1 当轨道半径减小时 库仑引力做正功 原子的电势能ep减小 电子动能增大 由于辐射光子原子能量减小 2 轨道半径增大时 原子电势能增大 电子动能减小 原子能量增大 4 使原子能级跃迁的两种粒子 光子与实物粒子 栏目链接 1 原子若是吸收光子的能量而被激发 则光子的能量必须等于两能级的能量差 否则不被吸收 不存在激发到n能级时能量有余 而激发到n 1时能量不足 则可激发到n能级的问题 但当光子能量e 13 6ev 氢原子能够吸收光子使电子电离 且电子具有动能 2 原子还可吸收外来实物粒子 例如自由电子 的能量而被激发 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值 e en ek 均可使原子发生能级跃迁 栏目链接 5 原子跃迁时需注意的几个问题 1 注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子 这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 可能的情况只有一种 但是如果容器中盛有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 2 注意直接跃迁与间接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时 有时可能是直接跃迁 有时可能是间接跃迁 两种情况的辐射 或吸收 光子的频率数不同 栏目链接 3 注意跃迁与电离的区别 跃迁是指核外电子从一个能量轨道变化到另一个能量轨道 而电离则是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子 栏目链接 例3氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为v1 从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为v2 已知普朗克常量为h 若氢原子从能级k跃迁到能级m 则 a 吸收光子的能量为h 1 h 2b 辐射光子的能量为h 1 h 2c 吸收光子的能量为h 2 h 1d 辐射光子的能量为h 2 h 1 栏目链接 栏目链接 解析 当用频率为 0的光照射处于基态的氢原子时