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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其他颜色的光呢？
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第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型
[教材链接]阅读教材“光谱”相关内容,完成下列填空:
(1)光谱:用　　　　　　　可以把物质发出的光按　　　　　　　展开,获得
　　　　　　　　　　分布的记录,即光谱.?
(2)线状谱:有些光谱是一条条的　　　　,我们把它们叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱.?
(3)连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,我们把它叫作连续谱.
学习任务一
学习任务一 光谱
棱镜或光栅　
波长(频率)　
波长(频率)和强度　
亮线　
(4)特征谱线:气体中中性原子的发光光谱都是　　　　　,且不同原子的亮线位置　　　　,故这些亮线称为原子的　　　　谱线.?
(5)光谱应用:每种原子都有自己的　　　　　　,我们可以利用它来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10-13 kg时就可以被检测到.?
光谱分析
线状谱　
不同　
特征　
特征谱线　
组成成分　
[物理观念]
学习任务一
1.光谱的分类
2.几种光谱的比较
光谱
产生条件
光谱形式及应用
线状谱
稀薄气体发光形成的
由一些不连续的亮线组成,不同原子的亮线(又叫特征谱线)位置不同,可用于光谱分析
连续谱
炽热的固体、液体或高压气体发光形成的
连续分布,一切波长的光都有
吸收
光谱
炽热的白光通过温度较白光低的气体后形成的
用分光镜观察时,见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应),可用于光谱分析
例1 下列有关光谱问题的论述中,正确的是 (　)
A.熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是连续光谱
B.气体发出的光只能产生明线光谱
C.光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
D.进行光谱分析,可以用连续光谱,也可以用吸收光谱
学习任务一
C
[解析]炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱,但经过分光镜后形成的光谱是线状谱,A错误;
气体发光,若为高压气体则产生连续光谱,若为稀薄气体则产生明线光谱,B错误;
光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分,故光谱分析非常灵敏与迅速,C正确;
进行光谱分析,必须利用线状谱或吸收光谱,连续谱不行,D错误.
学习任务一
3.太阳光谱
(1)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.
(2)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暗了,这就形成了明亮背景下的暗线.
[教材链接]阅读教材“经典理论的困难”相关内容,完成以下填空:
经典理论的困难:卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在,很好地解释了α粒子散射实验.但是,经典物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的分立特征.
(1)按照经典电磁理论,核外电子将把自己绕核转动的能量以　　　　　的形式辐射出去,因此电子绕核转动这个系统应是　　　　　的,但事实上,原子是个很稳定的系统.?
(2)根据经典电磁理论,大量原子发光的光谱应该包含　　　　　　的连续光谱,而事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的　　　　的线状谱.?
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
学习任务二
分立
电磁波　
不稳定　
一切频率　
[物理观念 ]
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
学习任务二
从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示。
氢原子的光谱的特点
[物理观念 ]
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
学习任务二
氢原子光谱的特点
核外电子绕核圆周运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化，连续光谱
原子是稳定的
辐射电磁波频率只是某些特定值
经典理论无法解释原子的稳定性和光谱的分立性
（变化的电磁场）
氢原子核式结构
实验事实：
经典理论的困难
例2 (多选)下列关于巴耳末公式1????=R122?1????2的理解,正确的是 ( 　)
A.此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
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.公式不但适用于氢原子光谱的分析,也适用于其他原子光谱的分析
?
学习任务二
AC
[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时得到的,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.
【要点总结】
学习任务二
1.巴耳末公式是对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析时总结出来的,反映氢原子的线状光谱的特征,不能描述其他原子的.
2.其他谱线:除了巴耳末系,氢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.
玻尔，丹麦物理学家1885年10月7日—1962年11月18日，1922获得诺贝尔物理学奖
假设1.轨道量子化
+
rn
n=1
n=2
n=3
v
-
——针对原子核式结构模型提出
绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。
轨道量子化：
氢原子：
量子数
n=4
n=∞
学习任务三 玻尔原子理论的基本假设
学习任务三
原子的能量En：核外电子绕原子核运动时动能Ekn 原子所具有的电势能Epn的总和
+
rn
v
e
+Ze
-
电子的动能：
原子电势能：
原子总能量：
可与万有引力“高轨低速大周期，大机大势小引力”类比
电子沿不同的圆形轨道绕核运动时
原子有相对应的不同的确定的能量状态
假设2：能量量子化（定态、能级）
⑵能级：原子在各种定态时的能量值
⑴定态：原子具有确定能量的稳定状态
①基态：能量最低的状态(离核最近)
②激发态：其他的能量状态
能量量子化：
氢原子：
——针对原子的稳定性提出
原子的能量与电子所在的轨道相对应
当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。
n=∞
⑶电子轨道与原子能级的对应关系
基态
激发态
E4
1
2
3
4
E1
E3
E2
E∞
n
轨道与能级相对应
原子能级图
第1激发态
∞
第n-1激发态
电子轨道图
氢原子：
+
n=1
n=2
n=3
v
-
n=4
v
-
v
-
v
-
n=∞
假设3：频率条件(跃迁假说）
——针对原子光谱是线状谱提出
+
m
n
低能级（En）
高能级（Em）
电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加
电子辐射光子，原子能量减少
跃 迁
频率条件:
-
例3 (多选)按照玻尔原子理论,下列表述正确的是( 　)
A.核外电子运动轨道半径可取任意值
B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大
C.电子跃迁时,辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定,即hν=Em-En(m>n)
D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程,可能辐射能量,也可能吸收能量
学习任务三
[解析]根据玻尔理论,可知核外电子运动的轨道半径是确定的值,而不是任意值,A错误;
氢原子中的电子离原子核越远,能级越高,能量越大,B正确;
由跃迁规律可知,C正确;
氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,应辐射能量,D错误.
BC
变式1 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( 　)
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做变速运动,但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
学习任务三
[解析] A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”的概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合.电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关,与电子绕核做圆周运动的频率无关.
ABC
【要点总结】
1.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,辐射或吸收光子的频率满足的关系为:
高能级Em 低能级En
2.原子的能量及其变化规律
(1)电子绕原子核运动:k????2????2=m????2????,故Ekn=12m????????2=????????22????????.
(2)电子的轨道半径增大,则电子绕核运动的动能减小,库仑力做负功,电势能增大.
(3)电子的轨道半径增大时,说明原子吸收了光子,电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道,原子的能量增大.
3.电离:若入射光子的能量大于原子的电离能,如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV,则电子也会被激发跃迁,这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子,光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.
?
学习任务三
轨道量子化：
氢原子：
能量量子化：
氢原子：
频率条件:
玻
尔
原
子
模
型
?13.6
?
?3.4
?
?1.51
?
?0.85
?
E/eV
0
学习任务四 玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性
学习任务四
1.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。
-
-
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：
2）光子使原子跃迁（n→m）:光子的能量必须等于能级差，才能被吸收。（对于能量小于13.6eV的光子，光子能量必须恰好等于能级差?????????=????????????????????(????＞????)；即要么全被吸收，要么不吸收。）
?
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：
从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
没有绕开经典理论
无法解释复杂一点的原子的光谱现象
无法解释谱线的强度等
1.玻尔理论的局限性
玻尔理论的局限性
2、原子结构理论的发展过程
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α 粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
原子不可割
汤姆孙的西瓜模型
原子稳定性事实氢光谱实验
卢瑟福的核式结构模型
复杂（氦）原子光谱
量子力学理论
玻尔模型
建 立
否 定
建 立
否 定
建 立
否 定
否 定
观察与实验所获得的事实
建
立
科
学
模
型
提
出
科
学
假
说
玻尔模型
彻底放弃经典概念，用电子云概念取代经典的轨道概念
建 立
电子云
电子在某处单位体积内出现的概率
学习任务四
例4 [2023·天津一中月考] 图示为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,已知氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,下列说法正确的是　　 (　)
A.四条谱线中波长最长的是Hδ
B.用633 nm的光照射能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级
C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线
D.如果用能量为10.3 eV的电子轰击,一定不能使基态的氢原子受激发
C
学习任务四
[解析]根据能级跃迁规律可知hν=Em-En、ν=????????,可知四条谱线中波长最长的是Hα,故A错误;
氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,所以氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级也需要656 nm的光照射,故B错误;
一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多产生C32=3种谱线,故C正确;
当实物粒子轰击氢原子时,只要实物粒子的能量大于或等于能级跃迁所需要的能量就可以发生跃迁,电子的能量大于从基态跃迁到第一激发态需要的能量10.2 eV,故用能量为10.3 eV的电子轰击,能使基态的氢原子受激发,故D错误.
?
【要点总结】
使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,光子的能量必须等于两能级的能量差.
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差(E=Em-En),就可使原子发生能级跃迁.
学习任务四
课堂小结
氢原子光谱和
玻尔的原子模型
光谱
氢原子光谱的特点
经典理论的困难
玻尔原子理论的基本假设
玻尔理论对氢原子光谱的解释
原子的稳定性
频率的不连续性
定态假设
跃迁假设??????=????2?????1
?
量子假设
????n =????1????2
?
课后习题
1.什么是线状谱，什么是连续谱？原子的发射光谱是怎样的光谱？不同原子的发射光谱是否有可能相同？
1.由不连续的亮线组成的光谱叫线状谱。
由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续谱。原子的发射光谱是线状光谱。不同原子的发射光谱不相同。
课后习题
2.参考图4.4-6，用玻尔理论解释，当巴耳末公式
n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能
级之间的跃迁造成的？
2.该氢原子光谱的谱线是从量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的。
课后习题
3.根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的前两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
课后习题
4.如果大量氢原子处在n＝3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？
4.3种；波长最短的光是从n=3的能级跃迁到n=1的能级时发出的。
提示：大量原子处在n=3的能级上，能辐射3种频率的光，分别是：从n=3的能级跃迁到n=2的能级时发出的光；从n=2的能级跃迁到n=1的能级时发出的光；从n=3的能级跃迁到n=1的能级时发出的光。
波长最短的光，频率最大，对应的光子能量最大。从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，释放的光子能量最大，发出的光波长最短。
课后习题
5.请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？
课后习题
6.要使处于n＝2的激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量为多大？
课后习题
7.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。请用玻尔理论解释：为什么各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应？

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