资源简介

(共25张PPT)
氢原子光谱和玻尔的原子模型
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
1.光谱:是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。
一
、光谱
用光栅或棱镜可以把光波波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录
2.分类
光 谱
发射光谱
定义：由发光体直接产生的光谱
连续光谱
｛
产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的
光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
线状光谱
｛
（原子光谱）
产生条件：稀薄气体或金属蒸汽形成的光谱
光谱形式：一些不连续的明线组成，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光。（明线光谱的谱线也叫原子的特征光谱）
吸收光谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的
光谱形式：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）
连续光谱
的发射光谱
的发射光谱
的吸收光谱
太阳的光谱
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。
低温气体原子吸收的光恰好就是这种原子在高温时发出的光
太阳的光谱是吸收光谱
光谱分析
既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法称为光谱分析。它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到。
的发射光谱
的吸收光谱
原子的发射光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
氢气光谱管
分光镜
高压电源
二
、
氢原子光谱实验的实验规律
如何实验获得氢原子光谱？
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
里德伯常量
有两层含义：（1）取一个值，可求出氢光谱中一条谱线的波长说明每一个值分别对应一条谱线，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。
（2）值只能取正整数值3，4，5……
适用范围：可见光区，红外、紫外线区。
巴耳末公式：
二
、
氢原子光谱实验的实验规律
巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。
二
、
氢原子光谱的其他线系
除了巴耳末系，氢原子光谱在紫外区（莱曼系）、红外区（帕邢系等）也有谱线，它们也都满足类似的公式。
莱曼系：
帕邢系：
矛盾二：无法解释原子光谱的分立性
三
、经典理论的困难
由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱。然而，原子光谱是不连续的线状谱。经典理论无法解释这一矛盾。
矛盾一：无法解释原子的稳定性
核外电子绕核运动
辐射电磁波
事实上：
原子是稳定的
事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值
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
三
、经典理论的困难
电子绕核运动时，产生变化的电磁场，将不断向外辐射电磁波，电子的能量不断损失，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上，而使原子变得不稳定。但事实上，原子是稳定的。
假说1：轨道量子化
针对原子核式结构模型提出
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。
四
、玻尔原子理论的基本假设
假说2：定态（能级）假说
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。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。
四
、玻尔原子理论的基本假说
能级：量子化的能量值。
定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态。
基态：能量最低的状态（离核最近）。
激发态：其他的状态。
1
2
3
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
基态
激发态
假说3：频率条件（跃迁假说）
针对原子光谱是线状谱提出
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
基态
激发态
原子在始、末两个能级和（>）间跃迁时，发射（或吸收）光子的频率可以由前后能级的能量差决定：
（>）
四
、玻尔原子理论的基本假说
rn = n2r1
En = E1/n2
r1 = 0.053 nm
（n = 1，2，3，···）
玻尔从上述假设出发，利用经典电磁学理论和牛顿力学，计算出了氢电子可能的轨道半径和对应的能量值。
E1 = -13.6eV
五
、玻尔理论对氢光谱的解释
赖曼系（紫外线）
巴耳末系（可见光）
帕邢系（红外线）
布喇开系
逢德系
N=1
N=2
N=3
N=4
N=5
N=6
成功解释了氢光谱的所有谱线
+
1.从高能级向低能级跃迁
发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。
2.从低能级向高能级跃迁
（1）吸收光子
对于能量大于或等于13.6eV的光子（电离）；对于能量小于13.6eV的光子（要么全被吸收，要么不吸收）。
（2）吸收实物粒子能量
只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子的动能。
汤姆孙发现电子
汤姆孙的枣糕模型
粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
原子不可割
汤姆孙的枣糕模型
原子稳定性事实氢光谱实验
卢瑟福的核式结构模型
出现矛盾
复杂（氦）原子光谱
波尔模型
出现矛盾
出现矛盾
否定
建立
否定
建立
否定
建立
波尔模型
否定
量子力学 理论
建立
电子云
玻尔理论的缺陷
1、无法解释多电子原子光谱：对于多电子原子，如氦原子（2 个电子）的光谱，玻尔模型完全失效。
2、不能解释谱线的精细结构：高分辨率光谱显示，一条谱线实际由多条更细的谱线组成（如氢原子的Hα线分裂为 3 条），玻尔模型无法解释。
3、半经典半量子的矛盾：保留了经典物理的 “轨道” 概念（电子有确定的位置和速度），但量子力学中电子的运动是概率性的（无确定轨道）
(多选) 根据玻尔理论，氢原子中量子数 n 越大，下列说法中正确的是（ ）
A．电子轨道半径越大
B．核外电子的速率越大
C．氢原子能级的能量越大
D．核外电子的电势能越大
答案：ACD
练习题
（多选）欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）
A. 用 10.2eV 的光子照射
B. 用 11eV 的光子照射
C. 用 11eV 的电子碰撞
D. 用 10eV 的电子碰撞
答案：AC
练习题
氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于 n = 3 能级上，下列说法正确的是 ( )
A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出 2 种频率的光子
B. 从 n = 3 能级跃迁到 n = 1 能级比跃迁到 n = 2 能级辐射的光子频率低
C. 从 n = 3 能级跃迁到 n = 4 能级需吸收 0.66eV 的能量
D. n = 3 能级的氢原子电离至少需要吸收 13.6eV 的能量
答案：C
练习题

展开更多......

收起↑