第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第4節(jié)氫原子光譜和波爾的原子模型

02主題二、氫原子光譜01主題一、光譜目錄CONTENTS03主題三、玻爾原子模型第4節(jié)

氫原子光譜和波爾的原子模型04主題四、氫原子能級

早在17世紀(jì),牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜新課引入：什么是光譜？第一部分光譜一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜紅橙黃

綠

青

藍(lán)紫平行光管標(biāo)度管三棱鏡觀察管研究光譜的儀器：分光鏡一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜標(biāo)度管分光鏡一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜

連續(xù)光譜:例:白熾燈絲、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光由連續(xù)分布的一切波長的光組成產(chǎn)生條件：熾熱的固、液和高壓氣體發(fā)光形成的一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜高壓電源稀薄氫氣一、光譜

線狀光譜:

只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜產(chǎn)生條件：稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光形成的

連續(xù)光譜:由連續(xù)分布的一切波長的光組成產(chǎn)生條件：熾熱的固、液和高壓氣體發(fā)光形成的一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。一、光譜氫氣鈉蒸氣光譜中產(chǎn)生的一組暗線，每條暗線的波長都跟那種氣體原子的特征譜線相對應(yīng)。注意:①氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子發(fā)出的光高溫物體發(fā)出的白光通過較低溫度稀薄氣體時(shí)，2.吸收光譜:

某些波長的光被稀薄氣體吸收后產(chǎn)生的光譜②太陽的光譜是吸收光譜。太陽光譜放大太陽的光譜，發(fā)現(xiàn)其中有很多暗線一、光譜1.發(fā)射光譜:

物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜

連續(xù)光譜H的發(fā)射光譜鈉的發(fā)射光譜鈉的吸收光譜太陽的吸收光譜一、光譜

光譜發(fā)射光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜｛產(chǎn)生條件：熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的光譜的形式：連續(xù)分布，一切波長的光都有線狀光譜｛（原子光譜）產(chǎn)生條件：稀薄氣體發(fā)光形成的光譜光譜形式：一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）吸收光譜定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜產(chǎn)生條件：熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的光譜形式：用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線（與特征譜線相對應(yīng)）各種光譜的特點(diǎn)及成因：思考:太陽的光譜中為什么會有這些吸收光譜的暗線呢？人們很快意識到：太陽發(fā)出的是連續(xù)光譜，在經(jīng)過太陽高空的稀薄大氣層時(shí)肯定就被吸收了。這樣人們就知道太陽表面大氣層含有什么元素了。人類從此掌握了研究星空的鑰匙。但是這樣人類仍然不知道恒星內(nèi)部有什么元素？通過對光譜得深入分析最終發(fā)現(xiàn)恒星的主要構(gòu)成元素3.光譜分析:根據(jù)原子光譜鑒別物質(zhì)的化學(xué)組成。鈉的發(fā)射光譜鈉的吸收光譜光譜能反映不同元素的特征，因此研究光譜就可以推測原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中氫原子是最簡單的原子，人們就開始集中力量研究氫原子的光譜。注意:①蒸氣的發(fā)射光譜或吸收光譜又叫原子光譜一、光譜②靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10-13kg。3.光譜分析:根據(jù)原子光譜鑒別物質(zhì)的化學(xué)組成。注意：蒸氣的發(fā)射光譜或吸收光譜又叫原子光譜一、光譜656.3486.3434.4410.2nm可見光思考:這些波長有什么特點(diǎn)和規(guī)律嗎？第二部分氫原子光譜656.3486.3434.4410.2nm二、氫原子光譜1.巴耳末系：適合可見光的四條譜線及紫外部分譜線思考：波長最長的n=？

波長最短的n=？38n=3.4.5....

里德伯常量R=1.10×107m-1(1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn))656.3486.3434.4410.2nm二、氫原子光譜1.巴耳末系：適合可見光的四條譜線及紫外部分譜線n=2.4.5....

2.萊曼線系：

適合紫外線區(qū)的譜線n=3.4.5....

里德伯常量R=1.10×107m-1(1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn))656.3486.3434.4410.2nm二、氫原子光譜3.紅外線系：n=5.6.7....

n=4.5.6....

n=6.7.8....

帕邢系布喇開系普豐特系

(1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn))656.3486.3434.4410.2nm二、氫原子光譜4.通式：

n=m=1.2.3....m+1里德伯常量R=1.10×107m-1①一個m構(gòu)成一個譜線系②每一譜線的波數(shù)都等于兩項(xiàng)的差數(shù)思考:為什么氫原子只能發(fā)出特定波長（頻率）的光呢？它為什么不能發(fā)出全部頻率的連續(xù)光譜呢？(1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn))+思考：為什么氫原子只能發(fā)出特定波長（頻率）的光呢？它為什么不能發(fā)出全部頻率的連續(xù)光譜呢？按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核旋轉(zhuǎn)，向外輻射電磁波，能量會減小。從而造成原子不穩(wěn)定，并在這個過程中發(fā)出各種頻率的光這說明經(jīng)典的核式結(jié)構(gòu)也是有問題的經(jīng)典理論有問題怎么辦？創(chuàng)建新理論二、氫原子光譜思考：為什么氫原子只能發(fā)出特定波長（頻率）的光呢？它為什么不能發(fā)出全部頻率的連續(xù)光譜呢？按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核旋轉(zhuǎn)，向外輻射電磁波，能量會減小。從而造成原子不穩(wěn)定，并在這個過程中發(fā)出各種頻率的光這說明經(jīng)典的核式結(jié)構(gòu)也是有問題的經(jīng)典理論有問題怎么辦？創(chuàng)建新理論二、氫原子光譜N.波爾(1885-1962)丹麥物理學(xué)家.1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。1922年獲諾貝爾物理學(xué)獎第三部分玻爾原子模型N.波爾(1885-1962)丹麥物理學(xué)家.1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。1922年獲諾貝爾物理學(xué)獎+r1r2r3③軌道躍遷假設(shè)：若吸收光子，由低軌到高軌，高軌能量高，不穩(wěn)定。容易回到低軌道，從而放出光子。②能量量子化：在相應(yīng)的軌道電子不輻射能量。原子在不同的軌道具有不同的能量。①軌道量子化:軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。光子玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運(yùn)動定律，計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量。三、玻爾原子模型吸收或輻射的光子：h?=E初-E末1.波爾假說+r1r2r3④能級:原子的各個穩(wěn)定狀態(tài)的能量值。基態(tài):電子處在最低軌道時(shí)的狀態(tài)。激發(fā)態(tài):除基態(tài)以外的能量較高的其他軌道注意：En=Ek+EP隨著r增大：En=Ek+EP三、玻爾原子模型2.波爾原子模型①軌道半徑:rn=n2r1(r1=0.53×10-10m)(n=1.2.3.......)②原子能量:En=

(E1=-13.6eV)③定態(tài):原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)第四部分氫原子能級圖+r1r2r3四、氫原子能級圖大量處于n=3能級的氫原子最多能輻射出幾種光？大量處于n=4能級的氫原子最多能輻射出幾種光？一個處于n=4能級的氫原子最多能輻射出幾種光？3種6種3種1.高能級自發(fā)向低能級躍遷放出光子:②一個n能級:(n-1)種∞12345n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

①大量n能級:四、氫原子能級圖∞12345n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV①入射光子能量必須恰好等于兩個能級差,才能被吸收。布喇開系萊曼系巴耳末系帕邢系

1.高能級自發(fā)向低能級躍遷放出光子:②一個n能級:(n-1)種

①大量n能級:2.低能級向高能級躍遷需吸收能量:四、氫原子能級圖∞12345n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV①入射光子能量必須恰好等于兩個能級差,才能被吸收。布喇開系萊曼系巴耳末系帕邢系

②若實(shí)物粒子(如:電子、α粒子)能量足以使氫原子向高能級躍遷，就可以被氫原子全部吸收或部分吸收而使氫原子向高能級躍遷。2.低能級向高能級躍遷需吸收能量:四、氫原子能級圖∞12345n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV布喇開系萊曼系巴耳末系帕邢系

③對于直接能讓氫原子被電離的光子，或?qū)嵨锪Ｗ涌梢员蝗课眨ü怆娦?yīng)）?；蛑晃詹糠郑灯疹D效應(yīng)）2.低能級向高能級躍遷需吸收能量:【典例1】(多選)如圖為氫原子的能級圖，已知可見光的光子的能量范圍為1.62~3.11eV，鋅板的逸出功為3.34eV，那么對氫原子在能級躍遷的過程中輻射或吸收光子的特征認(rèn)識正確的是(

)A.用氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射的光

照射鋅板，一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B.用能量為11.0eV的自由電子轟擊，可使

處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率

的紫外線使氫原子電離D.用波長為60nm的紫外線照射，可使處于

基態(tài)的氫原子電離出自由電子BCD典例分析

典例分析

玻爾理論雖然把量子理論引入原子領(lǐng)域，提出定態(tài)和躍遷概念，成功解釋了氫原子光譜，不僅解釋了當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的氫原子光譜，還預(yù)言了一些尚未被發(fā)現(xiàn)的氫原子產(chǎn)生的光譜。

但對多電子原子光譜無法解釋，因?yàn)椴柪碚撊匀灰越?jīng)典理論為基礎(chǔ)。如粒子的觀念和軌道。四、氫原子能級N.波爾(1885-1962)丹麥物理學(xué)家.1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。1922年獲諾貝爾物理學(xué)獎四、氫原子能級當(dāng)原子處于不同的狀態(tài)時(shí)，電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的。如果用疏密不同的點(diǎn)子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來就像云霧一樣，人們形象地把它叫作電子云（electroncloud）。n＝1n＝2

由于波爾在量子力學(xué)開創(chuàng)性的工作，使他周圍聚集了一大批天才物理學(xué)家，他們一起在哥本哈根大學(xué)做量子力學(xué)方面的研究。由此形成了一個學(xué)派：哥布哈根學(xué)派。為首的是丹麥著名物理學(xué)家尼爾斯*玻爾，玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等是這個學(xué)派的主要成員.并且它對量子力學(xué)的解釋被稱為量子力學(xué)的“正統(tǒng)解釋”.四、氫原子能級課堂小結(jié)

光譜非4人氫原子光譜非4人氫原子能級圖

波爾原子模型1.波爾假說:軌道量子化、能量量子化、躍遷假設(shè).2.波爾原子模型：定軌、定能量、定態(tài)(穩(wěn)定態(tài)、激發(fā)態(tài))。+r1r2r31.高能級自發(fā)向低能級躍遷放出光子:2.低能級向高能級躍遷需吸收能量:【練習(xí)1】關(guān)于光譜，下列說法中正確的是(

)A、熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜

B、線狀光譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)進(jìn)行分析C、太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對應(yīng)的元素D、發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜AB課堂練習(xí)【練習(xí)2】對于巴耳末公式的理解，下列說法正確的是（

）

A、此公式是巴耳末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的

B、此公式中n可以取任意值，所以氫原子光譜是連續(xù)的

C、此公式中n只能取整數(shù)，故氫原子光譜是線狀譜

D、此公式不但適用于氫原子光譜，還適用于其他原子光譜AC課堂練習(xí)【練習(xí)3】對于原子光譜，下列說法正確（

）

A、原子光譜是不連續(xù)的

B、由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的光譜是相同的

C、各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的光譜也是不同的

D、分析物質(zhì)發(fā)光體的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含那種元素ACD課堂練習(xí)【練習(xí)4】太陽光譜中有許多暗線，他們對應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于（

）A、太陽表面大氣中缺少相應(yīng)的元素

B、太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C、太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)元素D、太陽內(nèi)部存在相應(yīng)元素C課堂練習(xí)【練習(xí)5】利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，關(guān)于光譜分析下列說法正確的是(

)A.利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分B.利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分C.高溫物體發(fā)出的光通過某物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D.同一種物質(zhì)的線狀譜與吸收光譜上的暗線，由于光譜的不同，它們沒有關(guān)系B課堂練習(xí)【練習(xí)6】如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為(

)A.a元素

B.b元素C.c元素

D.d元素B課堂練習(xí)

B課堂練習(xí)【練習(xí)8】如圖為氫原子發(fā)射光譜，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四條譜線，下列說法正確的是(

)A.氫原子發(fā)射光譜屬于連續(xù)光譜B.Hα譜線對應(yīng)光子的能量最大C.Hδ譜線對應(yīng)光子的頻率最小D.該光譜由氫原子核外電子的躍遷產(chǎn)生D課堂練習(xí)【練習(xí)9】氫原子的核外電子從離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道的過程中(

)A.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大B.原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小C.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小D.原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大D課堂練習(xí)【練習(xí)10】按照玻爾理論，下列表述正確的是(

)A.核外電子運(yùn)動軌道半徑可取任意值B.氫原子中的