资源简介

(共31张PPT)
氢原子光谱和玻尔的原子模型
高二物理（人教版2019）
第四章 原子结构和波粒二象性
新课引入
思考与讨论：
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？
一、光谱
1、光谱
光按波长（频率）和强度分布的记录。
用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开
2、光谱的分类
光谱是连在一起的光带,一切波长的光都有（炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱，如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱）
①连续谱：
一些不连续的明线的光谱。（如稀薄气体、金属的蒸气的发射光谱是线状谱）
②线状光谱：
⑴发射光谱:
由发光体直接产生的光谱
红 橙 黄 绿 青 蓝
一、光谱
⑵吸收光谱:
炽热的白光通过温度较低的物质气体时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。即连续光谱背景上出现的一些暗线。
原子光谱:
是原子的特征谱线
气体中原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。
吸收光谱也是原子的特征谱线。
钠的发射光谱
钠的吸收光谱
例：太阳的光谱是吸收光谱。
氢的明线光谱
氢的吸收光谱
连续谱
光谱举例
钠的发射光谱
钠的吸收光谱
3、光谱分析：
根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成的方法。
线状谱和吸收光谱(原子特征谱线)
非常灵敏、迅速。
检查物质纯度、发现新元素和研究天体的化学组成。
⑴可应用于光谱分析的光谱：
⑵优点：
⑶应用：
（含量达10-10g能测出）
一、光谱
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。
【例题1】(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是(　　)
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱
D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
解析：
太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱,选项B正确。
BC
二、氢原子光谱的实验规律
1、氢原子的光谱
巴耳末系波长公式：
R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m-1
n＝3，4，5，...
除了巴耳末系，后来发现的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。
（可见光区的四条谱线）
原子内部电子的运动是原子发光的原因。因此，光谱是探索原子结构的一条重要途径。
三、经典理论的困难
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：
矛盾一：无法解释原子的稳定性
矛盾二：无法解释原子光谱的分立性
玻尔原子理论假设的基础
普朗克黑体辐射的量子论
爱因斯坦的光量子论
玻尔原子结构假说
四、玻尔原子理论的基本假设
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=∞
电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
四、玻尔原子理论的基本假设
假设2：能量量子化（定态、能级）
⑵能级：原子的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，原子处于不同的状态，具有不同的能量。
n=∞
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
小结：随轨道半径r的增大，EK减小，Ep增大，E增大
四、玻尔原子理论的基本假设
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=∞
四、玻尔原子理论的基本假设
假设3：频率条件(辐射条件）
——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:
-
（在光谱中形成明线）
（在光谱中形成暗线）
五.玻尔理论对氢光谱的解释
1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
——发射光子
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：
2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
——吸收光子
吸收光子的能量：
吸收光子的能量必须等于两能级差
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。（吸收能量大于或等于13.6eV的光子，基态的原子就会电离）
电离后电子的动能为：
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。
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）
由于实物粒子（如微观粒子中的电子、α粒子等）的能量可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能级差值，均可使原子发生跃迁。
氢原子能级图
跃迁条件：
原子跃迁时注意一群氢原子和一个氢原子：
大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多辐射 种不同频率的光子；
一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射（n-1）种频率的光子。
六、玻尔理论的局限性
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
六、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
CD
课堂练习
课堂练习
D
课堂练习
课堂练习
D
课堂练习
课堂练习
A
课堂练习
课堂练习

展开更多......

收起↑