山东省冠县武训高级中学高三物理总复习 16.1原子结构 氢原子光谱课件2.ppt

16 1原子结构氢原子光谱 高三总复习选修3 5 一 原子结构 1 电子的发现 1897年 英国物理学家汤姆孙发现了电子 2 原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核叫原子核 原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上 带负电的电子在核外空间绕核高速旋转 使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒 原子本身还有结构 揭开了研究原子结构的序幕 意义 二 粒子散射实验 1 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 2 少数 粒子发生了大角度偏转 3 极少数 粒子甚至被撞了回来 2 粒子散射实验的现象 2 建立核式结构模型的要点 1 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 2 汤姆孙模型不能解释 粒子的大角度散射 3 少数 粒子发生了大角度偏转 甚至反弹回来 表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量 电量均比它本身大得多的物体的作用 4 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层而运动方向没有明显变化 说明原子中绝大部分是空的 原子的质量 电量都集中在体积很小的原子核上 原子的核式结构的提出 1 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 2 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 3 带负电的电子在核外空间绕着核旋转 原子的半径约为10 10米 原子核半径约是10 15米 两者相差十万多倍 例 图为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验的装置示意图 荧光屏和显微镜一起分别放在图中的a b c d四个位置时 观察到的现象描述正确的是 a 在a位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多b 在b位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在a位置时稍少些c 在c d位置时 屏上观察不到闪光d 在d位置时 屏上仍能观察到一些闪光 但次数极少 ad 三 氢原子光谱 1 光谱 用光栅和棱镜可以把光按波长展开 获得光的波长 频率 成分和强度分布的记录 即光谱 连续光谱 明线光谱 吸收光谱 光谱是连在一起的光带 包含有从红光到紫光连续分布各种色光的光谱 只含有一些不连续的亮线 不同原子发光的亮线位置不同 亮线叫谱线 各条谱线对应不同波长的光 在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线 光谱中的暗谱线 也是原子的特征谱线 连续光谱经过氢气的光谱 光谱 发射光谱 定义 由发光体直接产生的光谱 连续光谱 产生条件 炽热的固体 液体和高压气体发光形成的 光谱的形式 连续分布 一切波长的光都有 线状光谱 原子光谱 产生条件 稀薄气体 金属蒸气发光形成的光谱 光谱形式 一些不连续的明线组成 不同元素的明线光谱不同 又叫特征光谱 吸收光谱 定义 连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱 产生条件 炽热的白光通过温度较白光低的气体后 再色散形成的 光谱形式 用分光镜观察时 见到连续光谱背景上出现一些暗线 与特征谱线相对应 原子光谱 每一种原子都有自己特定的原子光谱 不同原子 其原子光谱均不同 每一种光谱 印记指纹 2 光谱分析 利用特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法 3 氢原子光谱的实验规律 1885年 巴耳末对当时已知的 在可见光区的4条谱线作了分析 发现这些谱线的波长可以用一个公式表示 除了巴耳末系 后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式 巴尔末的研究氢原子光谱 里德伯常数 r 1 09677581 107m 1 可见光区 氢原子的能级图 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0ev n e ev 基态 激发态 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇开系 普丰德系 氢原子光谱的其他线系 赖曼线系 红外区还有三个线系 帕邢线系 布喇开系 普丰特线系 紫外线区 三 玻尔的原子模型 以假说的形式提出来的 包括以下三方面内容 1 轨道假设 即轨道是量子化的 只能是某些分立的值 2 定态假设 即不同的轨道对应着不同的能量状态 这些状态中原子是稳定的 不向外辐射能量 3 跃迁假设 原子在不同的状态下具有不同的能量 从一个定态向另一个定态跃迁时要射辐或吸收一定频率的光子 该光子的能量等于这两个状态的能级差 在玻尔原子模型中 各状态对应的能量值叫能级 4 能级 能量最低的状态叫做基态 其他能量状态叫激发态 5 基态与激发态 6 光子的发射与吸收 原子由激发态向基态跃迁时辐射出光子 由基态向激发态跃迁时要吸收光子 光子的频率与能级的关系 h em en 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 7 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子的能级图 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0ev n e ev 基态 激发态 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇开系 普丰德系 7 玻尔理论对氢光谱的解释 当光子能量大于或等于13 6ev时 也可以被氢原子吸收 使氢原子电离 当氢原子吸收的光子能量大于13 6ev 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 8 玻尔模型中电子运动有关计算问题 氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道 电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量 即en ek ep 1 电子运动的速度 周期 动能与半径的关系 8 玻尔模型中电子运动有关计算问题 3 4 系统的电势能变化根据库仑力做功来判断 靠近核 库仑力对电子做正功 系统电势能减小 远离核 库仑力对电子做负功 系统电势能增加 4 三个原子模型的对比 a 动能先增大 后减小b 电势能先减小 后增大c 电场力先做负功 后做正功 总功等于零d 加速度先变小 后变大 1 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线 实线表示一个 粒子的运动轨迹 在 粒子从a运动到b 再运动到c的过程中 下列说法中正确的是 c 2 如图所示 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射出能量为2 55ev的光子 问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量 才能使它辐射上述能量的光子 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 解析 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 满足 h en e2 2 55even h e2 0 85ev 所以n 4 基态氢原子要跃迁到n 4的能级 应提供 de e4 e1 12 75ev 跃迁图如下图所示 b 3 氢原子辐射出一个光子后 则 a 电子绕核旋转的半径增大b 电子的动能增大c 氢原子的电势能增大d 原子的能级值增大 4 用频率为 0的光照射大量处于基态的氢原子 在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 1 2 3的三条谱线 且 3 2 1 则 b 5 根据玻尔理论 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后 下列说法中正确的是 a 原子的能量增加 电子的动能减少b 原子的能量增加 电子的动能增加c 原子的能量减少 电子的动能减少d 原子的能量减少 电子的动能增加 d 6 已知氢原子的能级规律为e1 13 6ev e2 3 4ev e3 1 51ev e4 0 85ev 现用光子能量介于11ev 12 5ev范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子 则下列说法中正确的是 a 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种b 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种c 激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有4种d 激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2种 a 8 氢原子在基态时轨道半径r1 0 53 10 10m 能量e1 13 6ev 求氢原子处于基态时 1 电子的动能 2 原子的电势能 3 用波长是多少的光照射可使其电离 已知h 6 63 10 34j s 解析 1 设处于基态的氢原子核外电子速度为v1 则 k 9 氢原子在基态时的能级为e1 13 6ev 其电子的轨道半径为r1 0 53 10 10m 求 1 电子在第一条轨道上的电势能 2 要使基态原子电离 至少要吸收多高频率的电磁波 2 吸收光子的最低能量至少要等于氢原子的电离能量 设此光子最低频率为 0 由h 0 e e1 1