2027高考物理复习选择性必修三第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型

第4节氢原子光谱和玻尔的原子模型学习目标1．了解光谱、连续谱和线状谱等概念，知道氢原子光谱的实验规律，知道经典物理的困难。2．知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。3.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。4．掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。5.了解玻尔理论的不足之处及其原因。课前知识梳理PART01第一部分一、光谱1．定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按____________展开，获得波长(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。波长(频率)亮线光带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特定频率的光，不同原子的亮线位置____，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的________。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。线状谱不同特征谱线特征谱线二、氢原子光谱的实验规律1．氢原子光谱是分立的线状谱。2．巴耳末公式(1)公式：_______________________________，式中R∞叫作里德伯常量。(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的特征。三、经典理论的困难1．用经典(电磁)理论在解释原子的______和原子光谱的分立特征时遇到了困难。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。稳定性原子四、玻尔原子理论的基本假设1．轨道量子化与定态(1)电子运行轨道的半径不是任意的，电子的轨道是______的。电子在这些轨道上绕核的运动是______，不产生电磁辐射。(2)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。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____，原子中具有确定能量的稳定状态，称为____。能量最低的状态叫作____，其他的状态叫作______。量子化稳定的能级定态基态激发态2．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(其能量记为Em，m<n)时，会____能量为hν的光子，该光子的能量hν＝________，这个式子称为____条件，又称辐射条件。当电子吸收光子时会从能量____的定态轨道跃迁到能量____的定态轨道，吸收的光子的能量同样由________决定。放出En－Em频率较低较高频率条件五、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＝En－Em。(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定态轨道的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的__________符合得很好。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。两个能级之差分立分立六、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____和____的概念，成功解释了______光谱的实验规律。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。量子观念定态跃迁氢原子经典粒子轨道3．电子云根据量子力学，原子中的电子的坐标没有确定的值，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，而不能把电子的运动看成一个具有确定坐标的质点的轨道运动。如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，叫作电子云。判断下列说法是否正确。(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。(

)(2)在巴耳末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长。(

)(3)不同原子的发光频率是不一样的。(

)(4)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。(

)(5)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因。(

)(6)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线。(

)(7)玻尔理论的成功之处在于建立了轨道的概念。(

)(8)电子云就是原子核外电子的分布图。(

)√×

√√√√×

×

课堂深度探究PART02第二部分知识点一光谱和氢原子光谱的规律1．光谱和光谱分析(1)物质发出的光按波长(频率)展开，形成光谱。有的光谱是连续谱，有的光谱是线状谱。(2)光谱分析的优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10-10g。(3)光谱分析的应用：鉴别物质和确定物质的组成成分。(4)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱。2．氢原子的光谱氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。角度1光谱和光谱分析关于光谱和光谱分析，下列说法错误的是(

)A．发射光谱包括连续谱和线状谱B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析D．光谱分析可以帮助人们发现新元素√[解析]

光谱分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱分为连续谱和线状谱，故A正确，不符合题意；太阳光谱中有暗线，是吸收光谱，氢光谱是线状谱，故B错误，符合题意；线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析，故C正确，不符合题意；光谱分析可以精确分析物质中所含元素，可以帮助人们发现新元素，故D正确，不符合题意。√√[解析]

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中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；公式中n只能取大于等于3的整数，λ不是连续值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确。知识点二玻尔原子理论如图是氢原子的能级图。(1)能级图中横线的物理意义是什么？[提示]

能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态。(2)横线左端的数字“1，2，3，…”表示什么意思？[提示]

横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数。“1”表示原子处于基态，“2”“3”……表示原子处于不同的激发态。(3)横线右端的数字表示什么意思？[提示]

横线右端的数字“－13.6”“－3.40”……表示氢原子各个状态的能量值。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)氢原子的电子最小轨道半径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。4．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＝En－Em(En、Em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。角度1玻尔理论的理解关于能级的跃迁下列说法正确的是(

)A．氢原子处于能量最低的状态时不稳定B．氢原子吸收能量跃迁到较高能级时最稳定C．氢原子由高能级跃迁到低能级时，向外放出光子的能量等于两能级的能量差D．氢原子由高能级跃迁到低能级时，向外辐射的能量可能是连续的√[解析]氢原子处于能量最低的状态时，其状态最稳定，A错误；氢原子吸收能量跃迁到较高能级时，该能级的氢原子不稳定，会自发地向低能级跃迁，B错误；根据玻尔理论可知，氢原子由高能级跃迁到低能级时，向外放出光子的能量等于两能级的能量差，C正确；氢原子由高能级跃迁到低能级时，向外辐射的能量是不连续的，是分立的，D错误。

(多选)下列说法正确的是(

)A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线√√[解析]

玻尔原子理论提出原子的能量是量子化的，故A错误；根据玻尔理论可知，原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子，从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差，故B错误，C正确；根据玻尔理论可知，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此原子的光谱只有一些分立的亮线，故D正确。角度2原子能级和能级跃迁(2024·安徽卷，T1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(

)A．1种 B．2种C．3种 D．4种√(多选)(2024·重庆卷，T8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线(如图)，则(

)

A．Hα的波长比Hβ的小B．Hα的频率比Hβ的小C．Hβ对应的光子能量为3.4eVD．Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态√√[解析]氢原子n＝3与n＝2的能级差小于n＝4与n＝2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误，B正确；Hβ对应的光子能量E＝(－0.85)eV－(－3.40)eV＝2.55eV，故C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E＝(－3.40)eV－(－13.60)eV＝10.2eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。随堂巩固落实PART03第三部分√1．(光谱和光谱分析)包含各种波长的复合光，被原子吸收了某些波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱叫作吸收光谱。传到地球表面的太阳光谱就是吸收光谱，则(

)A．太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的B．太阳光谱中的暗线是地球大气中的原子吸收光子后产生的C．利用太阳光谱可以分析地球大气中含有哪些元素D．利用太阳光谱可以分析太阳光中含有哪些元素解析：太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的，且太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应，于是可以利用太阳光谱分析太阳大气中存在哪些金属元素。√2．(玻尔理论)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(

)A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收解析：根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A错误；电子绕核做圆周运动是稳定的，不发生电磁辐射，故B错误；从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；当光子能量等于两能级间的能级差时，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D正确。√4．(原子能级和能级跃迁)如图所示