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4. 氢原子光谱和玻尔的原子模型
第四单元 原子结构和波粒二象性
1物理观念：
了解光谱、连续谱和线状谱等概念。知道氢原子光谱的实验规律。
2科学思维：
知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。
3科学探究：
了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
烟花为什么是五颜六色的
一、问题引入
根据产生焰色效应的原理，就可以制成各种颜色的火焰，其办法即是在烟花药品剂中，加入一些能使药剂燃烧时火焰能被染成需要颜色的物质。例如：红色火焰是利用氯化锶的分子辐射光谱；绿色的火焰是氯化铜的火焰颜色，黄绿色火焰是利用氯化钡、氧化钡的分子辐射光谱，橙色和紫色火焰则是利用光谱色混合规律而创造出来的，用红色光和黄色光可配成橙色光；用红色光和兰色光可配制成紫色光。
01.
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强度分布的记录，即光谱。
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象。
知识点一、光谱
1、光谱
发射光谱：由发光体直接产生的光谱
吸收光谱：
连续光谱
明线光谱
（线状光谱/原子光谱）
2、光谱的分类
连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
连续分布、包含一切波长的光的光谱，叫做连续光谱。
连续光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的彩色光带，包含从红光到紫光的各种色光。
3、连续光谱
如：白炽灯丝、炽热钢水、烛焰发出的光都会形成连续光谱。
炽热的固体、液体、高压气体的发射光谱是连续光谱。
明线光谱是由游离状态的原子发射的，原子不同，明线光谱不同。
每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，也称原子光谱。
如：稀薄气体、金属蒸气、原子的发射光谱。
4、线状光谱
只含有不连续分布的明线的光谱，叫做明线光谱，也称线状光谱。
明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应不同波长的光。
5、吸收光谱
高温物体发出的白光（包含连续分布的一切波长的光）通过温度较低的物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
即连续光谱背景上出现的一些暗线。如：太阳的光谱（1919年基尔霍夫）
实验表明，各种原子发射的光谱都是线状谱。
原子只能发出几种具有本身特征的特定频率的光，不同原子亮线的位置不同，因此这些亮线称为原子的特征谱线。
0.
6、原子的特征谱线
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都和该原子的明线光谱中的一条明线对应
钨丝白炽灯的光谱
铁电极弧光的光谱
分子状态的氢光谱
钡光谱
由于每一种元素都有自己的特征谱线，可以通过原子的特征谱线来鉴别物质、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10-13g时就可以被检测到，常用于发现新元素和研究天体的化学组成。
7、光谱分析
氢原子的光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定的波长的光。
1885年，瑞士科学及巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线
知识点二、氢原子光谱的实验规律
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.
3）意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
核外电子绕核运动
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
原子是稳定的
原子光谱是线状谱 —— 分立
知识点三、经典理论的困难
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
知识点四、玻尔原子理论的基本假设
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
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
知识点五、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）
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：
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
知识点六、玻尔理论的局限性
典例1．
典例精析
关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是
A.太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
B.霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱，都是线状谱
C.强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱
D.进行光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以用吸收光谱
√
典例精析
典例2．
氢原子的能级如图所示，现处于n＝4能级的大量氢原
子向低能级跃迁，下列说法正确的是
A.这些氢原子可能发出6种不同频率的光
B.氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最小
C.氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射的光子波长最短
D.已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射
的光子可以从金属钾的表面打出光电子
√
典例3．
典例精析
A.巴耳末系的4条谱线位于红外区
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，故氢原子光谱是线状谱
D.在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越短
√
√
当堂练习
1.(多选)氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是
A.用10.2 eV的光子照射
B.用11 eV的光子照射
C.用14 eV的光子照射
D.用11 eV的电子碰撞
√
√
√
当堂练习
2. (多选)根据玻尔的原子理论，下列说法中正确的是
A.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，
原子的能量减小
B.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，
原子吸收一定频率的光子
C.核外电子绕核运动的轨道是任意的，绕核运动是稳定的，不产生电磁
辐射
D.当氢原子的核外电子吸收光子时，会从能量较低的定态轨道跃迁到能
量较高的定态轨道
√
√
当堂练习
3.若用|E1|表示氢原子处于基态时能量的绝对值，处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时______(“辐射”或“吸收”)光子的能量为_____(处于第n能级的能量为En＝ )。
辐射
当堂练习
4.下列说法中正确的是
A.玻尔原子理论的成功之处是保留了经典粒子的概念
B.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱，因此玻尔的原子结
构理论已完全揭示了微观粒子运动的规律
C.玻尔把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自
己的原子结构假说
D.玻尔原子理论中的轨道量子化和能量量子化的假说，启发了普朗克将
量子化的理论用于黑体辐射的研究
√
当堂练习
5.(多选)氢原子的能级如图所示，
现处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说
法正确的是
A.这些氢原子可能发出6种不同频率的光
B.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最小
C.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子的波长最短
D.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子的频率最大
√
√
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
量子假设
课堂小结

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