原子结构氢原子光谱

1、 原子结构氢原子光谱原子结构氢原子光谱基础知识梳理基础知识梳理一、原子结构一、原子结构1电子的发现：电子的发现：1897年，英国物理学家年，英国物理学家_发现了电子，明确电子是原子的组成发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕部分，揭开了研究原子结构的序幕2原子的核式结构原子的核式结构(1)19091911年，英国物理学家年，英国物理学家_进行进行了了粒子散射实验，提出了核式结构模型粒子散射实验，提出了核式结构模型(2)粒子散射实验粒子散射实验汤姆孙汤姆孙卢瑟福卢瑟福图图1321实验结果：实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿粒子穿过金箔后，绝大多数沿_前进，少数发生前进，

2、少数发生_偏转，极少数偏转偏转，极少数偏转角度大于角度大于90，甚至被弹回，甚至被弹回(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部做原子核，原子的全部_和几乎全部和几乎全部_都集中在原子核里，带负电的都集中在原子核里，带负电的_在核外空间在核外空间绕核旋转绕核旋转直线直线大角度大角度正电荷正电荷质量质量电子电子实验装置：如图实验装置：如图1321所示所示1.1.认识原子结构的线索认识原子结构的线索气体放电的研究气体放电的研究 阴极射线阴极射线 发现电子发现电子 汤姆孙的汤姆孙的“枣糕模型枣糕模型” ” 卢瑟福核式结构模卢瑟福核式结构

3、模型型 玻尔模型玻尔模型. .粒子散射实验粒子散射实验氢原子光谱的研究氢原子光谱的研究2.2.三种原子模型的对比三种原子模型的对比实验基础实验基础 结构差异结构差异 成功和局限成功和局限 “枣糕枣糕模型模型” ” 电子的电子的发现发现 带正电物质均匀分带正电物质均匀分布在原子内，电子布在原子内，电子镶嵌其中镶嵌其中 解释了一些实验现解释了一些实验现象，无法说明象，无法说明粒粒子散射实验子散射实验核式结核式结构模型构模型 粒子粒子散射实散射实验验 全部正电荷和几乎全全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，部质量集中在核里，电子绕核旋转电子绕核旋转 成功解释了成功解释了粒子散射粒子散射实验，无法解释原

4、子的实验，无法解释原子的稳定性与原子光谱的分稳定性与原子光谱的分立特征立特征 玻尔的玻尔的原子原子模型模型 氢原子光谱氢原子光谱的研究的研究 在核式结构模型基础在核式结构模型基础上，引入量子化观点上，引入量子化观点 成功解释了氢原子光成功解释了氢原子光谱，无法解释较复杂谱，无法解释较复杂的原子光谱的原子光谱二、氢原子光谱与玻尔理论二、氢原子光谱与玻尔理论1光谱的分类光谱的分类3玻尔理论玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列定态：原子只能处于一系列_的能量状的能量状态中，在这些能量状态中原子是态中，在这些能量状态中原子是_的，电子的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量虽然绕核运动，但并不向外辐

5、射能量不连续不连续稳定稳定(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它它_或或_一定频率的光子，光子的能量一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即由这两个定态的能量差决定即h_.(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是因此电子的可能轨道也是_的的三、氢原子的能级、能级公式三、氢原子的能级、能级公式1氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级

6、和轨道半径辐射辐射吸收吸收EmEn不连续不连续(1)氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：En E1(n1,2,3，)，其中其中E1为基态能量为基态能量E113.6 eV.(2)氢原子的半径公式：氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中其中r1为基态半径，又称玻尔半径，为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010 m.2氢原子的能级图：如图氢原子的能级图：如图1322.图图1322课堂互动讲练课堂互动讲练一、对氢原子跃迁的理解一、对氢原子跃迁的理解1原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足的光子，当一个光子的能量满足

7、hE末末E初初时，时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初初向向高能级高能级E末末跃迁，而当光子能量跃迁，而当光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收时都不能被原子吸收2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差迁时的两能级间的能量差3当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子

8、能量大于子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一，氢原子电离后，电子具有一定的初动能定的初动能一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为射出的光谱线条数为N C 4原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部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或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使，均可使原子发生能级跃迁原子发生能级跃迁特别提醒：特别提醒

9、：原子在各能级间跃迁时，所吸收的原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差原子光子的能量只能等于两能级间的能级差原子电离时所吸收的光子的能量满足电离时所吸收的光子的能量满足EEEn.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.氢原子的能级如图氢原子的能级如图1323所示，已知可见光的所示，已知可见光的光子能量范围约为光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV.下列说法错误下列说法错误的是的是()A处于处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向大量氢原子从高能级向n3能级跃

10、迁时，发出能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应的光具有显著的热效应图图1323C大量处于大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出可能发出6种不同频率的光种不同频率的光 D大量处于大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出可能发出3种不同频率的光种不同频率的光3电势能电势能通过库仑力做功判断电势能的增减通过库仑力做功判断电势能的增减当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加小；反之，轨道半径增大时，电势能增加即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，

11、小试牛刀)2.(2011年杭州二中检测年杭州二中检测)氢原子辐射出一个光子氢原子辐射出一个光子后后()A电子绕核旋转半径增大电子绕核旋转半径增大B电子的动能增大电子的动能增大C氢原子的电势能增大氢原子的电势能增大D原子的能级值增大原子的能级值增大解析：解析：选选B.放出光子后，原子能量减小，电子放出光子后，原子能量减小，电子轨道半径减小，速度增大，动能增大，而电势轨道半径减小，速度增大，动能增大，而电势能减小，故只有能减小，故只有B正确正确经典题型探究经典题型探究原子结构与原子结构与粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福和他的助手做卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：

12、获得了重要发现：(1)关于关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的粒子散射实验的结果，下列说法正确的是是( )A证明了质子的存在证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里集中在一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动【解析解析】(1)选选C.粒子散射实验发现了原子内粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存核

13、数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以在中子，所以C对，对，A、B错玻尔发现了电子轨错玻尔发现了电子轨道量子化，道量子化，D错错(2)从能量转化角度看，当从能量转化角度看，当粒子靠近原子核运动粒子靠近原子核运动时，时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设时，动能全部转化为电势能，设粒子与原子核粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，【答案】【答案】(1)C(2)2.71014 m与玻尔理论有关的计算与玻尔理论有关的计算已知氢原子基态的电子轨道半径已知氢原子基态的电子轨道半径r

14、10.531010 m，基态的能级值为，基态的能级值为E113.6 eV.(1)求电子在求电子在n1的轨道上运动形成的等效电流的轨道上运动形成的等效电流(2)有一群氢原子处于量子数有一群氢原子处于量子数n3的激发态，画一的激发态，画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线几条光谱线(3)计算这几条光谱线中最长的波长计算这几条光谱线中最长的波长(2)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如图光谱线，如图1324所示所示(3)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生三条光谱线中波长最长的光子能

15、量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从的分布规律可知，氢原子一定是从n3的能级跃的能级跃迁到迁到n2的能级，设波长为的能级，设波长为，图图1324【答案答案】(1)1.05103 A(2)见解析见解析(3)6.58107 m【名师归纳名师归纳】(1)掌握原子跃迁的规律和特点掌握原子跃迁的规律和特点是正确分析该题目的关键是正确分析该题目的关键(2)在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向心力，而

16、向心力只能来自于电子和原子核间的心力，而向心力只能来自于电子和原子核间的库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应的方程，进行求解的方程，进行求解氢原子基态能量氢原子基态能量E113.6 eV，电子绕核，电子绕核做圆周运动的半径做圆周运动的半径r10.531010 m求氢原子求氢原子处于处于n4激发态时：激发态时：(1)原子系统具有的能量；原子系统具有的能量；(2)电子在电子在n4轨道上运动的动能；轨道上运动的动能；(已知能量关已知能量关系系En E1，半径关系，半径关系rnn2r1，k9.0109 Nm2/C2，e1.61019 C)(3)若要使处于若要使处于n2的氢原子电离，至少要用频率的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？多大的电磁波照射氢原子？(普朗克常量普朗克常量h6.631034 Js)有关氢原子能量的计算有关氢原子能量的计算【思路点拨思路点拨】由玻尔的能级理论可求得由玻尔的能级理论可求得(1)，玻，玻尔的原子模型尔的原子模型(轨道理论轨道理