《氢原子光谱和玻尔的原子模型》课件

第四章原子结构和波粒二象性4氢原子光谱和玻尔的原子模型学习目标学法与考法1．了解氢原子光谱的特点，知道巴耳末公式及里德伯常量(重点)2．了解玻尔理论的局限性(难点)3．了解能级跃迁、能量量子化及基态、激发态等概念(重点)4．会用玻尔的原子结构理论解释氢光谱(重难点)学法：①通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构；②通过学习玻尔理论，进一步了解氢原子光谱考法：①考查对光谱、氢原子光谱的实验规律、经典理论的局限的理解；②考查对玻尔理论的理解；③考查对跃迁和能级的理解和应用知识导图课前·

自主预习1．光谱(1)定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按_______展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)分类．①线状谱：由一条条的________组成的光谱．②连续谱：由连在一起的________组成的光谱．光谱、氢原子光谱的实验规律、经典理论的困难波长亮线光带(3)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．(4)光谱分析．①定义：利用原子的__________来鉴别物质和确定物质的组成成分．②优点：灵敏度高．线状谱不同特征特征谱线2．氢原子光谱的实验规律(1)光谱研究的意义．许多情况下光是由原子________电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径．(2)气体发光原理．①气体放电：玻璃管中稀薄气体在强电场的作用下会电离，形成自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光．②氢光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱．内部(3)巴耳末公式．①公式：________________________________.②意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的________特征．3．经典理论的困难(1)用经典(电磁)理论在解释原子的________和原子光谱的_______特征时遇到了困难．(2)经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用来解释________世界的现象．分立稳定性分立原子在巴耳末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长吗？【答案】不对，原子光谱是线状谱，只能是一些分立的谱线，不是连续谱．氢是自然界中最简单的元素，下列关于氢原子光谱的说法正确的是

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)A．氢原子光谱是连续谱B．氢原子光谱是氢原子的特性谱线C．经典物理学可以解释氢原子光谱D．不同化合物中的氢的光谱不同【答案】B【解析】原子光谱是线状谱，只能是一些分立的谱线，不是连续谱，A错误；不同原子的原子光谱是不同的，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线，可以进行元素的光谱分析，B正确；经典物理学不可以解释氢原子光谱的分立特性，C错误；不同化合物中的氢的光谱相同，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，D错误．1．轨道量子论原子中的电子在________力的作用下，绕__________做圆周运动，围绕原子核运动的电子轨道只能是某些__________，所以电子绕核运动的轨道是__________的．2．定态电子在这些轨道上绕核的转动是______的，且不产生__________.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________的能量，玻尔原子理论的基本假设库仑原子核分立值量子化稳定电磁辐射不同即原子的能量是__________的，这些量子化的能量值叫作________，原子具有确定能量的稳定状态，称为________．能量最低的状态叫作________，其他的能量状态叫作__________．3．跃迁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．量子化能级定态基态激发态跃迁放出Em－En频率辐射电子能吸收任意频率的光子发生跃迁吗？【答案】不能，电子能吸收任意频率的光子的前提是光子的能量大于0－En.(多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是 (

)A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是连续的D．原子的轨道是不连续的【答案】BD【解析】按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔理论可知A、C错误，B正确；原子轨道是不连续的，D正确．1．玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴耳末公式．①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝__________.②巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的_________的量子数n和2.并且理论上的计算和实验测量的____________符合得很好．玻尔理论对氢光谱的解释和局限性Em－En定态轨道里德伯常量(2)解释氢原子光谱的不连续性．原子从较高能级向低能级跃迁时放出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．2．玻尔理论的局限性(1)成功之处．玻尔理论第一次将__________引入原子领域，提出了____________的概念，成功解释了_________光谱的实验规律．两个能级差分立分立量子观念定态和跃迁氢原子(2)局限性．保留了__________的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的________运动．(3)电子云．原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现________的多少，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________一样分布在原子核周围，故称___________．经典粒子轨道概率云雾电子云巴耳末公式是玻尔理论的一种特殊情况吗？玻尔理论为什么能成功地解释氢光谱？【答案】巴耳末公式是玻尔理论的一种特殊情况．玻尔理论能成功地解释氢光谱是因为将量子理论引入了原子结构中．(多选)已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于10～12.9eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是

(

)A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种【答案】BC【解析】根据跃迁规律hν＝Em－En和能级图，可知A错误，B正确；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C＝6种，故C正确，D错误．课堂·

重难探究1．氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示．2．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，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．对氢原子光谱的理解对氢原子光谱的理解【答案】C【解析】巴耳末公式只确定了氢原子发光中的可见光谱系列的规律，对于氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线不适用，故D错误，巴耳末公式是由氢光谱中的可见光中的部分谱线总结出来的，反映了氢原子发光的不连续性，故A、B错误，C正确．巴耳末公式的应用及注意问题1．巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．2．公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值．3．公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式．4．应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长．1．轨道量子化轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的值，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值．2．能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．对玻尔理论的理解(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为能级．量子数n越大，表示能级越高．(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．3．跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫作电子的跃迁．例2

(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是 (

)A．核外电子运动轨道半径可取任意值B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量对玻尔理论的理解【答案】BC【解析】根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．变式2

(多选)关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有(

)A．它彻底否定了经典的电磁理论B．它发展了卢瑟福的核式结构学说C．它完全抛弃了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子理论【答案】BD【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．解决玻尔原子模型问题的四个关键1．电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量．2．原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定．3．处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的．4．原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小．1．能级图的理解：如图所示为氢原子能级图．(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量．玻尔理论对氢光谱的解释、对玻尔理论的局限性的理解3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定．hν＝Em－En(Em、En是始末两个能级且m>n)能级差越大，放出光子的频率就越高．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其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．(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部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁．5．原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6eV，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能．例3

(多选)关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是(

)A．用波长为60nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B．用能量为10.2eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．用能量为11.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．用能量为12.5eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态对原子能级和能级跃迁的理解【答案】AB变式3如图所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射不同波长的光有

(

)A．15种

B．10种C．4种

D．1种【答案】B【解析】由hν＝En－E1得，En＝E1＋hν＝－0.54eV，由能级图知n＝5，即氢原子吸收光子后处于n＝5的激发态，则放出的质子种类为N＝C＝10种，故B正确．例4

(多选)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则 (

)A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2C．ν1＝ν2＋ν3D．hν1＝hν2＋hν3【答案】ACD对跃迁中光子的能量的理解【解析】氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子，说明氢原子从基态跃迁到了第三能级，在第三能级不稳定，又向低能级跃迁，发出光子，其中第三能级跃迁到第一能级的光子能量最大，为hν1，从第二能级跃迁到第一能级的光子能量比从第三能级跃迁到第二能级的光子能量大，其能级跃迁图如题图所示．由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hν1的光子，则hν1＝hν2＋hν3，ν1＝ν2＋ν3，故A、C、D正确．变式4氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．【答案】0.31

102．跃迁中光子的能量(1)若光子的能量大于处于某一定态的原子的电离能，则可被吸收，多余的能量为电子的动能．(2)当一个氢原子从某一轨道向另一轨道跃迁时，可能的情况只有一种，但大量的氢原子就会出现多种情况．小练·

随堂巩固随堂检测1.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,关于光谱分析,下列说法中正确的是(

)A.利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后