4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 学案-2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册

4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型学案学习目标1.了解光谱的定义和分类2.了解氢原子光谱的实验规律,知道巴耳末系3.了解经典原子理论的困难4.了解玻尔原子理论的主要内容5.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态的概念【知识自主预习】预习知识点一:光谱请看课本第84~85页“光谱”相关内容,完成以下内容.(1)光谱:用可以把物质发出的光按展开,获得分布的记录,即光谱.

(2)线状谱:有些光谱是一条条的,我们把它们叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱.

(3)连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,我们把它叫作连续谱.(4)特征谱线:各种原子的发射光谱都是,且不同原子的亮线位置,故这些亮线称为原子的谱线.

(5)光谱应用:每种原子都有自己的,我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的.这种方法称为.它的优点是灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到.

例1(多选)下列关于光谱的说法中正确的是 ()A.炽热的液体发射连续谱B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素C.利用线状谱可对物质成分进行分析D.发射光谱一定是连续谱预习知识点二:氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难[物理观念]许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径.如图所示为氢原子的光谱.(1)氢原子光谱的特点:在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离,表现出明显的规律性.

(2)巴耳末公式1λ=R∞122-1n2,其中n=3,4,5,…,式中λ是光波的波长,R∞叫作里德伯常量,实验测得的值为R∞=1.10×107m-1,式中的n请看课本第85~86页“经典理论的困难”相关内容,完成以下填空:经典理论的困难:卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在,很好地解释了α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)按照经典电磁理论,核外电子将把自己绕核转动的能量以的形式辐射出去,因此电子绕核转动这个系统是的,但事实上,原子是个很稳定的系统.

(2)根据经典电磁理论,大量原子发光的光谱应该包含的连续光谱,而事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的的线状谱.

例2氢原子光谱中巴耳末系最小波长与最大波长之比为 ()A.59B.49C.79D.2预习知识点三:玻尔原子理论的基本假设[教材链接]阅读教材第86~87页“玻尔原子理论的基本假设”相关内容,完成以下填空:(1)轨道量子化①原子中的电子在力的作用下,绕做圆周运动.

②电子绕核运动的轨道是的.

③电子在这些轨道上绕核的转动是的,且不产生.

(2)能量量子化①能量量子化:当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是的,这些量子化的能量值叫作.

②定态:原子具有确定能量的状态,称为定态.

③基态:能量的状态叫作基态.

④激发态:基态之外较高的能量状态叫作激发态.(3)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)到能量较低的定态轨道(其能量记为En,m>n)时,会能量为hν的光子,该光子的能量hν=,这个式子被称为条件,又称条件.

例3(多选)下列说法属于玻尔原子理论的基本假设的是 ()A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做变速运动,但不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子频率等于电子绕核做圆周运动的频率变式1(多选)氢原子的核外电子由一个轨道向另一轨道跃迁时,可能发生的情况是()A.原子吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大B.原子放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量减小C.原子吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大D.原子放出光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量减小变式2氢原子的能级公式为En=E1n2(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6eV,氢原子的半径公式为rn=n2r1(n=1,2,3,…),电子绕原子核做圆周运动的半径r1=5.3×10-11m.(1)原子系统具有的能量;(2)电子在轨道上运动的动能.预习知识点四:玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性[科学推理]氢原子的能级图如图所示.原子处于基态时最稳定.气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能向上跃迁到激发态.处于激发态的原子不稳定,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子,最终回到基态.这就是气体导电时发光的机理.请回答下列问题:(1)根据玻尔理论的频率条件,原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级.由于原子的是分立的,所以放出的光子的也是分立的.因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.

(2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2.因此,巴耳末公式代表的是电子从量子数分别为n=3,4,5,…的能级向量子数为的能级跃迁时发出的光谱线.根据这个思路理论上可以计算出的值,结果与实验值符合得很好.玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系,即氢原子从高能级向m=1,3,4等能级跃迁所产生的相应光谱.

(3)由于不同的原子具有不同的结构,能级也各不相同,因此辐射(或吸收)的光子的也不相同.这就是不同元素的原子具有不同的的原因.

请看课本第89页“玻尔理论的局限性”相关内容,完成下列填空:(1)玻尔理论的成功之处:玻尔理论第一次将引入原子领域,提出了和的概念,成功解释了光谱的实验规律.

(2)玻尔理论的局限性:过多地保留了经典理论,即保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动.(3)电子云:原子中的电子的没有确定的值,我们只能描述电子在某个位置出现的是多少,把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时,这种图像就像云雾一样,故称.

例4如图所示为氢原子能级图,下列说法正确的是 ()A.玻尔理论认为原子的能量是不连续的,电子的轨道半径是连续的B.玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱C.当氢原子从n=3能级跃迁到n=4能级时,辐射出0.66eV的光子D.大量处在n=1能级的氢原子可以被动能为13eV的电子碰撞而发生跃迁【巩固诊断】1.(光谱和光谱分析)利用光谱分析的方法能鉴别物质的组成成分.关于光谱分析,下列说法正确的是 ()A.利用高温物体的连续光谱可鉴别其组成成分B.利用物质的线状光谱可鉴别其组成成分C.吸收光谱的暗线反映高温物体的组成成分D.同一种物质线状光谱的亮线与吸收光谱的暗线没有联系2.(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1λ=R122-1A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C.巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式D.巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性,其波长的分立值并不是人为规定的3.(经典理论的困难)(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系,下列说法正确的是 ()A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性B.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上C.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的D.氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论4.(对原子光谱的理解)(多选)关于原子光谱,下列说法正确的是 ()A.原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成的B.大量原子发光的光谱是连续的,少量原子发光的光谱是不连续的C.由于原子都是由原子核和核外电子组成的,所以各种原子的光谱是相同的D.由于各种原子结构不同,所以各种原子的光谱也不相同5.(氢原子能级图的应用)氢原子能级示意图如图所示.光子能量在1.61~3.10eV的光为可见光.要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为 ()A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1