高中物理选修3步步高同步讲义第四章 4　第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子模型

第四章QINGYUANZIGUANGPUHEBOERDEYUANZIMOXING第1课时氢原子光谱和玻尔的

原子模型梳理教材夯实基础/探究重点提升素养/课时对点练1.知道光谱、线状谱和连续谱的概念.2.知道氢原子光谱的实验规律，知道什么是光谱分析.3.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容.了解能级跃迁、轨道

和能量量子化以及基态、激发态等概念.学习目标内容索引梳理教材夯实基础Part1探究重点提升素养Part2课时对点练Part3梳理教材夯实基础Part

11.定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按

(频率)展开，获得波长(频率)和

分布的记录.2.分类(1)线状谱：光谱是一条条的

.(2)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，不同原子的亮线位置

，说明不同原子的______

不一样，光谱中的亮线称为原子的

.一、光谱波长强度亮线连在一起线状谱特定频率不同发光频率特征谱线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.特征谱线组成成分光谱分析二、氢原子光谱的实验规律1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索_____

的一条重要途径.2.氢原子光谱的实验规律满足原子结构式中R∞为

，R∞＝1.10×107m－1，n取整数.3.巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的

光谱的特征.里德伯常量线状1.核式结构模型的成就：正确地指出了

的存在，很好地解释了___

.2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的

，又无法解释原子光谱的

线状谱.三、经典理论的困难原子核α粒子散射实验稳定性分立1.轨道量子化(1)原子中的电子在

的作用下，绕原子核做

.(2)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”).(3)电子在这些轨道上绕核的运动是

的，不产生

.四、玻尔原子理论的基本假设库仑引力圆周运动量子化稳定电磁辐射2.定态(1)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

.(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为

.能量

的状态叫作基态，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.能级定态最低En－Em判断下列说法的正误.(1)气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光.(

)(2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质.(

)(3)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分.(

)(4)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的.(

)(5)电子从较高的能级向较低的能级跃迁时，会放出任意频率的光子.(

)×√√即学即用√返回×探究重点提升素养Part

2一、光谱和光谱分析1.光谱的分类2.太阳光谱特点在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱产生原因阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就弱了，这就形成了明亮背景下的暗线3.光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－13kg.(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分.(3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱.

关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是A.太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成B.霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱，都是线状谱C.强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱D.进行光谱分析时，可以利用连续谱，也可以利用吸收光谱例1√太阳光谱是吸收光谱，这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的，所以A错误；霓虹灯呈稀薄气体状态，因此光谱是线状谱，而炼钢炉中炽热铁水产生的光谱是连续谱，所以B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐时，某些频率的光被吸收，形成吸收光谱，所以C正确；光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱，因为它们都具备特征谱线，所以D错误.稀薄气体发出的光谱是线状谱，此光谱是一些不连续的亮线，仅含有一些特定频率的光.线状谱中不同的谱线对应不同的频率，不同元素的原子产生的线状谱不同，因而可以用线状谱来确定物质的成分.总结提升

(2022·江苏仪征一中高二月考)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，下列说法正确的是A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组

成成分D.同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，

它们没有关系例2√高温物体的连续谱包括了各种频率的光，无法鉴别其组成成分，A错误；某种物质发射的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线相对应，D错误.二、氢原子光谱的实验规律如图所示为氢原子的光谱.导学探究答案从右至左，相邻谱线间的距离越来越小.(1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？(2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？导学探究知识深化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，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性.2.巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：

(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式.式中R∞叫作里德伯常量，实验值为R∞＝1.10×107m－1.(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值.知识深化3.其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和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.

下列关于巴耳末公式

的理解，正确的是A.巴耳末系的4条谱线位于红外区B.公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱C.公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D.在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越长例3√此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线时得到的，A错误；公式中n只能取大于或等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确；根据公式可知，n值越大，对应的波长λ越短，D错误.三、玻尔原子理论1.轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.(2)氢原子的电子轨道最小半径为r1＝0.053nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数.2.能量量子化(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6eV.(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动.氢原子各能级的关系为：En＝

E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…)3.跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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，即高能级Em低能级En.

(2021·广东学业水平考试)根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是A.若氢原子由能量为En的定态向低能级Em跃迁，则氢原子要辐射的光子

能量为hν＝En－EmB.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道直接跃迁到另一半径为rb的

轨道，则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁例4命题角度1对玻尔理论的理解√原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于两能级的能量差，故A正确；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，原子不发光，故B错误；电子只有由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，才能辐射某一频率的光子，故C错误；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误.若用|E1|表示氢原子处于基态时能量的绝对值，处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时

(“辐射”或“吸收”)光子的能量为

.针对训练辐射

(2022·鹿泉区第一中学高二月考)根据玻尔理论，氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道后A.原子的能量增加，系统的电势能减少B.原子的能量减少，核外电子的动能减少C.原子的能量减少，核外电子的动能增加D.原子系统的电势能减少，核外电子的动能减少例5命题角度2氢原子的能量和能量变化√原子的能量及变化规律1.原子的能量：En＝Ekn＋Epn.总结提升电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小.3.当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小.4.电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道.即电子轨道半径越大，原子的能量En越大.总结提升返回课时对点练Part

3考点一光谱和光谱分析1.(2022·靖西市第二中学高二开学考试)白炽灯发光产生的光谱是A.连续谱

B.明线光谱C.原子光谱

D.吸收光谱√基础对点练123456789101112白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱，选项A正确.2.(2022·内蒙古赤峰高二月考)关于光谱，下列说法正确的是A.大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B.线状谱由不连续的若干波长的光组成C.做光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱D.做光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱√原子发出的光谱是特征光谱，是线状谱，A错误；线状谱只包含对应波长的若干光，B正确；做光谱分析一定要用线状谱，既可以是发射光谱也可以是吸收光谱，C、D错误.1234567891011123.通过光栅分析太阳光谱，我们发现其中有很多暗线，对于这些暗线，我们可以得到的结论是A.太阳中缺少与暗线相对应的元素B.太阳大气层中含有暗线对应的元素C.地球大气层中的某些元素吸收了暗线中对应的光谱D.观测仪器精度不足造成的123456789101112√太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气层的时候，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱，所以太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线，故B正确，A、C、D错误.1234567891011124.(2021·江苏仪征市第二中学高二月考)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是A.太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B.霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C.进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成123456789101112√太阳光谱是吸收光谱，白炽灯是连续谱，所以A错误；霓虹灯及煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱，所以B正确；进行光谱分析时，可以利用线状谱，不可以利用连续谱，所以C错误；由于月亮是反射的太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成，所以D错误.123456789101112考点二氢原子光谱的实验规律经典理论的困难5.对于巴耳末公式，下列说法正确的是A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.巴耳末公式只确定了氢原子发光中的可见光部分的光波长C.巴耳末公式确定了氢原子发光中的一个线系的波长，其中既有可见光，

又有紫外光D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长123456789101112√123456789101112巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子发光中的光的波长，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确.6.关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，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，原子光谱应该是不连续的D.原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论123456789101112√123456789101112根据经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子的轨道半径要减小，最终会落到原子上，因而原子是不稳定的.电子在转动过程中，随着转动半径不断减小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续谱.事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续谱，而是线状谱，故选项A、C错误，B正确；经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象，故选项D错误.考点三玻尔原子理论7.光子的发射和吸收过程是A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、

末两个能级的能量差B.原子不能从低能级向高能级跃迁C.原子跃迁时所辐射光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率D.原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量

恒等于始、末两个能级的能量差√123456789101112123456789101112原子从基态跃迁到激发态要吸收光子，吸收的光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差，故A错误；原子吸收光子可以从低能级跃迁到高能级，故B错误；根据玻尔理论，原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子的频率满足hν＝Em－En(m＞n)，与电子绕核运动的频率无关，C错误；根据玻尔理论可知，原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差，故D正确.123456789101112√1234567891011129.(2021·广东模拟)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光.下列说法正确的是A.频率相同的光子能量相同B.原子跃迁发射的光子频率连续C.原子跃迁只产生单一频率的光子D.激光照射金属板不可能发生光电效应123456789101112能力综合练√123456789101112根据E＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；原子从一个定态跃迁到能级更低的定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故频率是不连续的，故B错误；原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误.10.如图甲所示为a、b、c、d四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为A.a元素

B.b元素C.c元素