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第四节 氢原子光谱和玻尔的原子模型
思维导图
问题引入
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生其他颜色的光呢？
原子具有核式结构，那么核外电子如何运动？它的能量又怎么变化？
1.光谱：
用光栅或棱镜把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱.
连续谱：光谱是连在一起的光带，叫做连续谱.
线状谱：光谱是一条条亮线，叫做线状谱.
一 光谱
2.光谱分类
太阳光谱
连续光谱
H的发射光谱
Na的辐射光谱
Na的吸收光谱
不同的原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不同，因此这些亮线叫原子的特征谱线.
3.特征谱线：
鉴别物质和确定物质的组成成分，发现新元素.
含量达到10-10g就可检测到
4.光谱分析：
1.巴耳末系：可见光区四条谱线公式
2.说明
2）n只能取整数.
1）里德伯常数R∞=1.10×10-7m-1
红外区：
紫外区：
莱曼系
可见光区：
巴耳末系
普丰德系
帕邢系
布喇开系
4）氢光谱在红外和紫外区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
二 氢原子光谱的实验规律
3）意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
1）无法解释原子的稳定性
核外电子绕核运动，以电磁波形式向外辐射能量，电子最终失去能量，最后一头栽到原子核上.而实际，原子是一个稳定的系统.
电子向外辐射电磁波的频率就是它绕核转动的频率.电子越转能量越小，离核越近，转得也越来越快，这种变化应该是连续的，即原子的光谱应是连续的.实际原子光谱是分立的.
2）无法解释原子光谱的分立特征
三 经典理论的困难
2.经典电磁理论的困难
1．卢瑟福核式学说的成就：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。
四、玻尔原子理论的基本假设
这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。
1．轨道量子化与定态
(1)电子的轨道是量子化的.
电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。
(2)原子的能量只能取一系列特定的值.
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
+
n=1
n=2
n=3
-
电子
原子核
量子数
基态原子最稳定，激发态原子不稳定，会向低能级跃迁，辐射出光子，且光子能量为
3）能级跃迁：
频率条件：
处于基态或低能级的原子也会吸收光子，跃迁到高能级，吸收的光子的能量为
原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程叫做跃迁.
使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
a．原子吸收光子跃迁：
光子能量E=En－Em
b．原子吸收外来实物粒子(自由电子)跃迁：
入射粒子的能量E≥En－Em
1）氢原子能级图
∞
1
2
3
4
5
n
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E/eV
布喇开系
莱曼系
巴耳末系
帕邢系
量子数
能级
基态
激发态
+
n=1
n=2
n=3
-
电子
原子核
量子数
2．玻尔理论对氢光谱的解释
2)玻尔理论对巴耳末公式的解释
理论计算里德伯常量R∞的值与实验值符合得很好。
3)氢原子能级跃迁的可能情况
n 能级向低能级跃迁的可能情况：
4)解释气体导电时的发光现象
管中原子受到高速运动电子撞击，有可能跃迁到激发态，激发态不稳定，会自发地向低能级跃迁，放出光子，回到基态。
5)解释原子的特征谱线
原子能级分立，放出光子能量分立，因此原子的发射光谱是一些分立的亮线。
不同原子结构不同，能级不同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同，即不同元素的原子的特征谱线不同。
3.玻尔理论的局限性
1）成功之处：
保留过多的经典理论，不能解释稍微复杂一点的原子光谱.
电子云：如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来像云雾一样，可以形象地把它称做电子云。
电子在确定的轨道上运动，实际上电子的坐标没有确定的值，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。
例如：
引入量子观念，解释氢原子光谱
2）局限：
课堂小结
一、氢原子光谱
光谱
线状谱 连续谱
特征谱线 光谱分析
氢原子光谱实验规律
无法解释原子的稳定及光谱的不连续问题
二、经典理论困难
三、玻尔的氢原子模型
1.玻尔理论的基本假设
轨道假设
能级假设
跃迁假设
2.对氢原子光谱的解释
3.玻尔理论的困难
课堂练习
1.按照玻尔理论，一个氢原子的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，ra>rb，此过程中 （ ）
A.原子要辐射一系列频率的光子
B.原子要吸收一系列频率的光子
C.原子要辐射某一频率的光子
D.原子要吸收某一频率的光子
C
2.玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ）
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形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
ABC
3.有一群氢原子处于量子数n=3的激发态，当它们跃迁时，
1）有可能放出几种能量的光子？
2）在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？是多少？
解：三种能量的光子
n3→n2→n1
n3→n1
由E3向E2跃迁时发出的光子的频率最小，波长最长
4.如图所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2. 55eV.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能力的光子？
解：氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足
hν=En-E2=2. 55eV
En=hν+E2=-0.85eV,所以n=4
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供
ΔE=E4-E1=12.75eV
∞
1
2
3
4
5
n
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E/eV

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