第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型目錄CONTENTS1

學習目標2

新課導入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

典例分析當堂小練61.知道什么是光譜,能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別。2.能記住氫原子光譜的實驗規(guī)律。3.知道玻爾原子理論的基本假設(shè)、電子的軌道量子化和原子的能量量子化。4.了解能級、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)和躍遷的概念,會根據(jù)能級圖計算兩個能級之差。5.了解玻爾模型的成就和局限性,知道氫原子光譜的產(chǎn)生機理,會用hν=En-Em解題。6.知道電子云是電子在各個位置出現(xiàn)概率大小的直觀表示。學習目標

把食鹽放在火中灼燒，會發(fā)出黃色的光。食鹽為什么發(fā)黃光而不發(fā)其他顏色的光呢？新課導入一、光譜1、光譜光按波長（頻率）和強度分布的記錄。用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開。2、光譜的分類光譜是連在一起的,一切波長的光都有（如熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜）①連續(xù)譜：：一些不連續(xù)的明線的光譜，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光（如稀薄氣體、金屬的蒸氣或原子的發(fā)射光譜）②線狀光譜(原子光譜）⑴發(fā)射光譜:由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜原子光譜:是原子的特征譜線。氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光。不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的，因此，這些亮線稱為原子的特征譜線。⑵吸收光譜:熾熱的白光通過溫度較低的物質(zhì)氣體時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。鈉的發(fā)射光譜鈉的吸收光譜鈉的發(fā)射光譜鈉的吸收光譜3、光譜分析：根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學組成的方法。線狀譜和吸收光譜(原子特征譜線)非常靈敏、迅速。檢查物質(zhì)純度、發(fā)現(xiàn)新元素和研究天體的化學組成。⑴可應(yīng)用于光譜分析的光譜：⑵優(yōu)點：⑶應(yīng)用：（含量達10-10g能測出）二、氫原子光譜的實驗規(guī)律1、氫原子的光譜巴耳末系波長公式：R∞叫作里德伯常量，實驗測得的值為R∞＝1.10×107m-1n＝3，4，5，...除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。（可見光區(qū)的四條譜線）原子內(nèi)部電子的運動是原子發(fā)光的原因。因此，光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。氫原子光譜的其他線系萊曼線系

紅外區(qū)還有三個線系帕邢系布喇開系普豐特系紫外線區(qū)n＝2，3，4，...n＝4，5，6，...n＝5，6，7，...n＝6，7，8，...三、經(jīng)典理論的困難核外電子繞核圓周運動輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化，連續(xù)光譜原子是穩(wěn)定的輻射電磁波頻率只是某些特定值經(jīng)典理論無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立性（變化的電磁場）氫原子核式結(jié)構(gòu)實驗事實：四、玻爾原子理論的基本假設(shè)玻爾，丹麥物理學家1885年10月7日—1962年11月18日，1922獲得諾貝爾物理學獎假設(shè)1、軌道量子化+rnn=1n=2n=3v-——針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出繞核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。軌道量子化：氫原子：量子數(shù)n=4n=∞原子的能量En：核外電子繞原子核運動時動能Ekn原子所具有的電勢能Epn的總和電子的動能：原子電勢能：原子總能量：可與萬有引力“高軌低速大周期，大機大勢小引力”類比電子沿不同的圓形軌道繞核運動時原子有相對應(yīng)的不同的確定的能量狀態(tài)+rnve+Ze-假設(shè)2：能量量子化（定態(tài)、能級）⑵能級：原子的在各種定態(tài)時的能量值⑴定態(tài)：原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)①基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)②激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)能量量子化：氫原子：——針對原子的穩(wěn)定性提出原子的能量與電子所在的軌道相對應(yīng)當電子在不同的軌道上運動時，原子具有不同的能量。n=∞⑶電子軌道與原子能級的對應(yīng)關(guān)系基態(tài)激發(fā)態(tài)E41234E1E3E2E∞n軌道與能級相對應(yīng)原子能級圖第1激發(fā)態(tài)∞第n-1激發(fā)態(tài)電子軌道圖氫原子：+n=1n=2n=3v-n=4v-v-v-n=∞假設(shè)3：頻率條件(躍遷假說）——針對原子光譜是線狀譜提出+mn低能級（En）高能級（Em）電子吸收光子克服庫侖引力做功，原子能量增加電子輻射光子，原子能量減少躍遷頻率條件:-五、玻爾理論對氫光譜的解釋軌道量子化：氫原子：能量量子化：氫原子：頻率條件:玻爾原子模型

E/eV01、電子從高能級向低能級躍遷處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，可自發(fā)地經(jīng)過一次或幾次躍遷到達基態(tài)。發(fā)射光子的能量：——發(fā)射光子由于能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。--2、電子從低能級向高能級躍遷吸收光子的能量：——吸收光子---吸收光子的能量必須等于能級差--處于某個能級的電子吸收能量，掙脫原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，叫做電離。電離后自由電子動能EK=hv-En發(fā)射光譜的明線與吸收光譜的暗線頻率相同六、玻爾理論的局限性玻爾在解決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念同時又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難沒有繞開經(jīng)典理論無法解釋復雜一點的原子的光譜現(xiàn)象無法解釋譜線的強度等1、玻爾理論的局限性2、原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展過程湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α粒子散射實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實氫光譜實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型復雜（氦）原子光譜量子力學理論玻爾模型建立否定建立否定建立否定否定觀察與實驗所獲得的事實建立科學模型提出科學假說玻爾模型徹底放棄經(jīng)典概念，用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念建立電子云電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率

課堂小結(jié)【例題1】(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法正確的是(

)A.太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B.煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C.進行光譜分析時,可以用線狀譜,不能用連續(xù)光譜D.我們能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分BC典例分析解析：太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過太陽大氣層時產(chǎn)生的吸收光譜,正是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對應(yīng)元素吸收所致,白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜,選項A錯誤;月球本身不會發(fā)光,靠反射太陽光才能使我們看到它,所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分,選項D錯誤;光譜分析只能是線狀譜和吸收光譜,連續(xù)譜是不能用來進行光譜分析的,所以選項C正確;煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜,選項B正確。【例題2】下列說法中正確的是(

)A.巴耳末公式所計算得出的波長與氫原子光譜中的波長是一一對應(yīng)的關(guān)系B.根據(jù)巴耳末公式不僅可以分析氫原子光譜,也可以分析其他原子的發(fā)光光譜C.由巴耳末公式得到的波長都在可見光波段D.氫原子光譜中有紅外光區(qū)、可見光區(qū)和紫外光區(qū)解析：巴耳末公式只能描述氫原子光譜中的一個線系,不能確定氫原子光譜中所有譜線對應(yīng)的波長,A錯誤;根據(jù)巴耳末公式只能分析氫原子光譜,不能分析其他原子的發(fā)光光譜,B錯誤;巴耳末線系包括可見光區(qū)和部分紫外光區(qū),C錯誤;氫原子光譜中有可見光區(qū)、紅外光區(qū)和紫外光區(qū),D正確。D【例題3】根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A.當氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，氫原子要輻射的光子能量為hν＝EnB.電子沿某一軌道繞核運動，若圓周運動的頻率為ν，則其發(fā)光的頻率也是νC.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一個半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷C解析：氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于能級差，與En不同，故A錯誤；電子沿某一軌道繞核運動，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故B錯誤；電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，因而要輻射某一頻率的光子，故C正確；原子吸收光子后能量增加，能級升高，故D錯誤.【例題4】如圖所示為氫原子能級圖。大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出不同頻率的光。用這些光照射金屬鈣。已知金屬鈣的逸出功為3.20eV。能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有(

)A.2種 B.3種 C.4種 D.5種B解析：大量的處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,能發(fā)出6種不同頻率的光電子,它們的能量分別是E1=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV,E2=-0.85eV-(-3.40eV)=2.55eV,E3=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,E4=-1.51eV-(-3.40eV)=1.89eV,E5=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,E6=-3.40eV-(-13.6eV)=10.2eV,可見有三種光電子的能量大于3.20eV,故能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有三種,故B正確,A、C、D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標1.下列對于巴耳末公式的說法正確的是(

)A．所有氫原子光譜的波長都與巴耳末公式相對應(yīng)B．巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)出的光在可見光部分的光的波長C．巴耳末公式確定了氫原子發(fā)出的光在一個線系的波長，其中既有可見光，又有紫外光D．巴耳末公式確定了各種原子發(fā)出的光的波長答案：B解析：巴耳末公式是巴耳末對當時已知的氫原子在可見光區(qū)的四條譜線進行分析總結(jié)出來的，它只確定了氫原子發(fā)出的光在可見光部分的光的波長，B正確，A、C、D錯誤．2.如圖所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光．在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是(

)答案：C

3．(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是(

)A．用能量為10.2eV的光子照射B．用能量為12eV的光子照射C．用能量為14eV的光子照射D．用動能為12eV的電子碰撞答案：ACD解析：由原子的躍遷條件知，氫原子在各能級間躍遷時，只有吸收光子的能量值剛好等于某兩能級間的能量差(hν＝E初－E末)時才會發(fā)生躍遷，由氫原子能級關(guān)系不難算出10.2eV剛好為氫原子n＝1和n＝2兩能級間的能量差，而12eV不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)間的能量差．對于能量為14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6eV)，足以使氫原子電離，使電子脫離核的束縛成為自由電子，因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制．由能量守恒定律不難知道，處于基態(tài)的氫原子吸收能量為14eV的光子電離后，產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4eV的動能．另外，用電子去碰撞氫原子時，入射電子的動能可全部或部分被氫原子吸收，所以只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)間的能量差，就可使氫原子激發(fā)．由以上分析知A、C、D符合題意．4．[北京東城區(qū)高二聯(lián)考]如圖所示放電管兩端加上高壓，管內(nèi)的稀薄氣體會發(fā)光，從其中的氫氣放電管觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有一些分立的不連續(xù)的亮線下列說法正確的是(

)A．亮線分立是