4.4 氢原子光谱和波尔的原子模型 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（含答案）

4.4氢原子光谱和波尔的原子模型一学科核心素养物理观念∶知道氢原子光谱的规律，理解波尔原子模型的三个假设。科学思维∶能用能级图来分析光谱的规律，理解理论的局限性与不足。科学探究：通过波尔理论氢原子光谱的规律的解释程培养学生分析能力，揭示物理现象的科学本质。科学态度与责任∶从实验规律出发，实事求是，学习科学家艰苦奋斗的精神，激发学生热爱科学的热情。二学习重难点重点：氢原子光谱的实验规律，波尔理论的基本假设。难点：波尔理论的基本假设。三课前预习1．原子光谱∶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_______只有一些分立的亮线。2．利用①白炽灯②蜡烛③霓虹灯④在酒精火焰中烧钠或钾的盐所产生的光谱中，能产生连续光谱的有______，能产生明线光谱的有______．3．根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离______(选填“近”或“远”)。当He＋处在n=4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV。4．光谱（1）定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长（频率）展开，获得____（频率）和____分布的记录。（2）分类a.线状谱：光谱是一条条的____。b.连续谱：光谱是_____的光带。（3）特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是____，说明原子只发出几种_________的光，不同原子的亮线______，说明不同原子的______不一样，光谱中的亮线称为原子的_____。（4）应用：利用原子的______，可以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。5．玻尔理论对氢光谱的解释（1）氢原子能级图(如图所示)（2）解释巴耳末公式巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的___________的量子数n和2；（3）解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，非常稳定，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，处于激发态的原子是___________的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出___________，最终回到基态。（4）解释氢原子光谱的不连续性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___________，由于原子的能级是___________的，所以放出的光子的能量也是___________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。（5）解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，___________各不相同，因此辐射(或吸收)的___________也不相同。6．玻尔原子理论的基本假设（1）轨道量子化a.原子中的电子在______的作用下，绕原子核做_____。b.电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是______的（填“连续变化”或“量子化”）。c.电子在这些轨道上绕核的运动是_____的，不产生________。（2）定态a.当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作_____。b.原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为_____。能量_____的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。（3）频率条件当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为En）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Em，m＜n）时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν=_______，该式称为频率条件，又称辐射条件。7．能级跃迁∶（1）通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是______。（2）把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。（3）处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时_____光子，原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之_____。四自我检测1．图示是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为、、、的四种光能发生光电效应。则普朗克常量的表达式不正确的是（）A． B． C． D．2．如图所示为玻尔原子理论的氢原子能级图，下列说法正确的是（）A．大量处于能级的氢原子向基态跃迁，最多可以发出20种不同频率的光B．处于能级的氢原子其电势能比处于能级的氢原子的电势能小C．若氢原子由能级分别直接跃迁至和能级时所发出光的波长为λ1和λ2，则λ1＜λ2D．用光子能量为12.5eV的光照射大量处于基态的氢原子，此过程中氢原子最多可以发出3种不同频率的光3．氢原子辐射一个光子后，则（）A．电子绕核旋转半径增大 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．氘核和氚核聚变时的核反应方程为。已知氚核的比结合能是，氘核的比结合能是，氦核的比结合能是。光子的速度为。下列说法正确的是（

）A．该核反应过程吸收的能量为B．该核反应过程释放的能量为C．是质子，核反应吸收的能量等于质子质量乘以D．是中子，核反应吸收的能量等于中子质量乘以5．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝，其中n＝2，3，4，，已知普朗克常量为h，则下列说法正确的是（）A．氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小B．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子最大速度为C．大量处于n＝6的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出5种不同频率的光D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时所产生的电磁波也一定能使该金属发生光电效应6．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11eV，下列说法正确的是（）A．玻尔模型可以解释氦原子光谱B．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时，发出的是可见光C．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光D．处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为10eV的光子的能量7．如图所示为氢原子的能级图，处于某一能级的一个氢原子向低能级跃迁时共发出两个光子，用与两光子频率相同的光照射逸出功为的光电管的阴极K时，测得遏止电压之比约为，则大量处于该能级的氢原子向低能级跃迁时形成的光谱图中亮线（一种频率的光子对应一条亮线）的条数为（

）A．3 B．6 C．10 D．158．观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是氢原子（）A．有时发光，有时不发光 B．只能发出平行光C．辐射的光子能量是不连续的 D．发出的光互相干涉的结果9．μ粒子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。μ氢原子的能级示意图如图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于（）A．h（ν3-ν1） B．h（ν5＋ν6）C．hν3 D．hν410．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是（）A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的B．发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大参考答案：三课前预习1．

能级

能量

发射光谱2．

①和②

③和④3．

近

514．

波长

强度

亮线

连在一起

线状谱

特定频率

位置不同

发光频率

特征谱线

特征谱线

组成成分

光谱分析5．

定态轨道

不稳定

光子