氢原子光谱和玻尔的原子模型+高二下学期物理人教版选择性必修第三册

4.4

氢原子光谱和玻尔的原子模型讨论

把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发生其他颜色的光呢？1.光谱用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强度分布的记录，即光谱。红橙黄绿青蓝紫早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象。平行光管三棱镜望远镜筒L1L2L3ABPS光谱的分类发射光谱：由发光体直接产生的光谱吸收光谱：

连续光谱明线光谱（线状光谱/原子光谱）连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱连续光谱连续分布、包含一切波长的光的光谱，叫做连续光谱。连续光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的彩色光带，包含从红光到紫光的各种色光。如：白炽灯丝、炽热钢水、烛焰发出的光都会形成连续光谱。炽热的固体、液体、高压气体的发射光谱是连续光谱。线状光谱只含有不连续分布的明线的光谱，叫做明线光谱，也称线状光谱。明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应不同波长的光。明线光谱是由游离状态的原子发射的，原子不同，明线光谱不同。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，也称原子光谱。如：稀薄气体、金属蒸气、原子的发射光谱。吸收光谱高温物体发出的白光（包含连续分布的一切波长的光）通过温度较低的物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。即连续光谱背景上出现的一些暗线。如：太阳的光谱（1919年基尔霍夫）光谱分析光谱学是目前研究遥远太空中星体组成的唯一利器由于每一种元素都有自己的特征谱线，可以通过原子的特征谱线来鉴别物质、确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13g时就可以被检测到，常用于发现新元素和研究天体的化学组成。氢原子光谱的实验规律氢的吸收光谱氢的明线光谱氢原子是最简单的原子，光谱也最简单。光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。思考：氢原子光谱的特点原子内部电子的运动是原子发光的原因，因此，光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。巴耳末公式卢瑟福原子模型和经典理论怎样解释氢光谱?1.电子运动过程中是否辐射电磁波?2.电子的轨道半径如何变化?3.电磁波频率如何变化?

1.电子绕核做圆周运动，辐射电磁波，能量减小，电子的轨道半径减小，原子应当是不稳定的.2.电子绕核运转辐射的电磁波的频率等于电子旋转的频率，电子半径减小，频率增大，原子光谱应当是连续谱，而不是明线谱。+轨道量子化假设

电子绕核运动的轨道是分立的.

rn=n2r1(n=1,2,3…),r1=0.53×10-10mn

=1,2,3,…为量子数m

rv玻尔的氢原子理论的三个重要假设轨道量子化假设量子化条件假设频率条件假设+定态假设原子中的电子只能在一些半径不连续的轨道上作圆周运动。在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态，称为定态。相应的轨道称为

定态轨道玻尔的氢原子理论的三个重要假设定态假设量子化条件假设频率条件假设

定态轨道每一个分立轨道对应一个稳定的原子能量状态.En=E1/n2玻尔的氢原子理论的三个重要假设定态假设量子化条件假设频率条件假设+n

EmEn频率条件假设电子从某一定态向另一定态跃迁时将发射（或吸收）光子。EnEmn

=(-)h

EnEm称为玻尔的频率条件若初态和终态的能量分别为En和Em且则发射光子的频率玻尔氢原子理论玻尔原子结构假说:三条假设.1.轨道量子化:电子绕核运动的轨道是分立的.

rn=n2r1(n=1,2,3…),r1=0.53×10-10m2.定态:能量量子化.

每一个分立轨道对应一个稳定的原子能量状态.En=E1/n23.跃迁:原子从定态(Em)跃迁到定态(En)时,放出(吸收)能量.

h

=Em-En

使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子a．原子吸收光子跃迁：光子能量E=En－Emb．原子吸收外来实物粒子(自由电子)跃迁：入射粒子的能量E≥En－Em玻尔氢原子理论+n=1n=2n=31.rn=n2r12.En=E1/n23.h

=Em-En-0.54n

54321E/eV0-0.85-1.51-3.4-13.6氢原子能级图物质的波粒二象性（物质波）类比光，质量为m、速度为v的自由粒子，一方面可以用能量E和动量p

来描述它的粒子性；另一方面可用频率ν

和波长λ来描述它的波动性，其波粒二象性的关系为物质波的补充解释——驻波音乐的音阶是频率量子化的声波驻波定义：驻波是由两列频率、振幅相同的波在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成的波。其特点是波节（振幅为零的点）和波腹（振幅最大的点）位置固定，能量在节点间振荡而不传播。在半径为r的轨道上写出驻波条件（波要首尾相接）根据德布罗意关系：氢原子的量子化解有：由圆周运动动力学分析有：解得：rOl问题与讨论根据玻尔的原子理论,推导广义巴耳末公式吗?并求系数R1.电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。发射光子的能量：——发射光子由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。--玻尔理论对氢光谱的解释2.电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）吸收光子的能量：——吸收光子---吸收光子的能量必须等于能级差--处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK=hv-En发射光谱的明线与吸收光谱的暗线频率相同电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）：①吸收光子（光照）★★★1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。（对于能量大于或等于13.6eV的光子，氢原子电离，即原子结构被破坏）电离后电子剩余动能为：注意：En为负值电离条件：

跃迁条件：要么全被吸收，要么不吸收。吸收能量②吸收实物粒子能量（碰撞、加热）只要实物粒子（如微观粒子中的电子、α粒子等）能量足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子动能（自己保留）。电离后电子剩余动能为：2）实物粒子使原子跃迁（n→m）:实物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由实物粒子自己保留。1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。电离条件：注意：En为负值跃迁条件：问题一群氢原子处于n=4激发态，最多向外辐射多少种频率的光子？12345∞n量子数-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。hν=En-Em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用使原子电离的情况,则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。玻尔理论的成功与局限玻尔理论能成功地求出氢原子谱线的频率，但无法计算谱线的强度、宽度和偏振等一系列问题。对复杂原子的光谱结构，用玻尔的理论和方法计算的结果与实验值不符。电子沿圆形“轨道”绕核运动的行星模型，无任何已知的方法能够验证。用经典力学质点运动的“轨道”概念去描述原子系统中电子的行为，符合微观粒子的运动客观规律吗?玻尔理论的成功与局限1.成功地解释了氢光谱，成功之处就在于他引入了量子概念.2.对较复杂的原子光谱的解释与实验事实出入很大，根本原因也在于保留了过多的经典物理理论.“新出现的障碍只能用十分新颖的思想去克服”玻尔...年轻的法国物