资源简介

(共45张PPT)
4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
第四章 原子结构和波粒二象性
High school physics
知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。掌握能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念
知道光谱、线状谱和连续谱的概念，知道什么是光谱分析。
了解氢原子光谱的实验规律
02
01
重点
03
能用玻尔理论解释氢原子光谱
重点
04
了解玻尔理论的局限性
重点
光谱
01
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？
烟花为什么是五颜六色的
光 谱
光谱的定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长(频率)展开，
获得波长(频率)和强度分布的记录。
①线状谱：光谱是一条条的亮线。
光谱分类
(线状谱)
用分光镜观察原子光谱
【点击图片 播放视频】
原子的特征谱线
1.发射光谱
光谱分类
②连续谱：光谱是连在一起的光带。
用分光镜观察连续光谱
连续谱
【点击图片 播放视频】
光谱分类
2.吸收光谱：连续谱中，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。
【点击图片 播放视频】
用分光镜观察吸收光谱
吸收光谱
特征谱线
3.特征谱线：气体中中性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不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。
几种光谱
4.光谱分析的应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定
物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
光谱分析
优点：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。
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。
阅读课本“科学漫步”，思考：
(1)太阳光谱有什么特点？
答案　在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线。
(2)太阳光谱产生的原因是什么？
答案　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弱了，这就形成了明亮背景下的暗线。
(3)太阳光谱属于哪类光谱？
答案　吸收光谱。
(1)吸收光谱与明线光谱都是连续谱。(　　)
(2)可以利用连续光谱进行光谱分析。(　　)
(3)吸收光谱与明线光谱产生方法相同，同种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中的暗线位置是重合的。(　　)
×
×
×
1.下列说法正确的是( )
A.线状谱中的亮线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线
B.各种原子的线状谱中的亮线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C.气体发出的光只能产生线状谱
D.甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了甲物质的吸收光谱
√
吸收光谱中的暗线和线状谱中的亮线相对应，都是特征谱线，但通常吸收光谱中的暗线要比线状谱中的亮线少，所以A正确，B错误；
气体发光，若为高压气体则产生连续谱，若为稀薄气体则产生线状谱，所以C错误；
甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以D错误。
发射 光谱 发光物体直接产生光谱
连续谱 特点 连续分布的包含从红光到紫光各种色光的光谱
产生 由炽热的固体、液体以及高压气体产生
线状谱 特点 只含有一些不连续的亮线的光谱
产生 由稀薄气体或金属蒸气产生
吸收 光谱 高温物体发出的白光通过某种物质后，某些波长的光被物质吸收后形成的光谱
特点 连续光谱的背景上出现一些暗线
产生 由炽热的物体发出的白光通过温度较低的气体产生
与线状谱的关系 各种原子的吸收光谱的暗线和线状谱的亮线相对应，即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的，通常吸收光谱中的暗线比线状谱中的亮线要少一些，这些亮线或暗线称为该原子的特征谱线
氢原子光谱的实验规律
02
如图所示为氢原子的光谱。
答案　从右至左，相邻谱线间的距离越来越小。
仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
1.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。
2.氢原子光谱的实验规律满足
巴耳末公式：=R∞-n=3，4，5，…)
式中R∞为里德伯常量，R∞=1.10×107 m-1，n取整数。
氢原子光谱的实验规律
巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线
4.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。
3.巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
氢原子光谱的实验规律
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
2.(2024·淮安市高二期末)已知巴耳末公式 =R∞-，则在巴耳末系中
A.n值越大，对应的频率ν越大
B.n值越大，对应的波长λ越长
C.n值越大，对应的光子能量ε越小
D.n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
√
由巴耳末公式可知n值越大，对应的光子波长越短。由公式ε=hν，c=λν可知光子波长越短，频率越大，对应的能量越大，故A正确，B、C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，故D错误。
经典理论的困难
玻尔原子理论的基本假设
03
根据卢瑟福的核式结构模型和经典电磁理论，电子绕核运动所辐射的电磁波频率应当是连续频谱。但是实际观察到的是几条不连续的亮线，其原因是什么？
答案　氢原子辐射光子能量是不连续的。
(2)经典理论的困难：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线状谱。
经典理论的困难
(1)核式结构模型的成就：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。
【点击图片 播放视频】
①电子绕原子核做圆周运动的轨道
的半径不是任意的，也就是说电子
的轨道是量子化的。
玻尔原子理论的基本假设
(1)轨道量子化
②电子在这些轨道上绕核的运动是
稳定的，不产生电磁辐射。
+
分立轨道
②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。
　量子数
n=5
n=3
n=2
n=1
n=4
n=
E1
E2
E3
E4
E5
E
—— 基态
激发态
(2)定态
①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。电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。
玻尔原子理论的基本假设
(3)频率条件
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
基态
激发态
低能级
(En)
高能级
(Em)
电子辐射光子(原子能量减少)
跃 迁
电子吸收光子(原子能量增加)
电子吸收和发射光子满足的频率条件
m
n
+
-
玻尔原子理论的基本假设
(1)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量状态跃迁到较高的能量状态。(　　)
(2)原子从高能态向低能态跃迁时辐射任意频率的光子。(　　)
(3)原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，从较高能级跃迁到较低能级会放出光子。(　　)
(4)核外电子运动轨道半径可取任意值。(　　)
√
×
×
√
玻尔理论对氢光谱的解释
04
1.氢原子能级图(如图所示)
玻尔理论对氢光谱的解释
2.氢原子的能级公式和半径公式
(1)氢原子在不同能级上的能量值为
(2)相应的电子轨道半径为
En=E1=-13.6 eV，n=1，2，3，…)；
rn=n2r1(r1=0.53×10-10 m，n=1，2，3，…)。
玻尔理论对氢光谱的解释
巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处
的定态轨道的量子数n和2。
3.解释巴耳末公式
4.解释气体导电发光
通常情况下，原子处于基态，非常稳定。气体放电管中的原子受到
高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的
原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，
最终回到基态。
玻尔理论对氢光谱的解释
原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，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。
5.解释氢原子光谱的不连续性
玻尔理论对氢光谱的解释
不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。
6.解释不同原子具有不同的特征谱线
根据玻尔的原子模型分析巴耳末公式中=R∞-n=3、4、5…)，
R∞为什么是常数？
答案　若氢原子从n能级跃迁到n=2能级，则有-=hν(E1<0)，因为ν=，则由巴耳末公式得h=hcR∞-，联立解得里德伯常量R∞=
-，E1、h、c都是常数，故R∞是常数。
3.(2025·北京市大兴区高二期末)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是
A.Hα对应的光的波长大于Hβ对应的光的波长
B.Hα对应的光子的能量大于Hβ对应的光子的能量
C.Hγ对应的光子能量为0.54 eV
D.Hδ对应的光在玻璃中传播时的频率小于它在空
气中传播时的频率
√
根据ΔE=hν=h
可知光子能量越大，波长越小，Hα对应的光子的能量E1=-1.51 eV-
(-3.4 eV)=1.89 eV，
Hβ对应的光子的能量E2=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV>E1
故Hα对应的光的波长大于Hβ对应的光的波长，故A正确，B错误；
Hγ对应的光子能量为E3=-0.54 eV-(-3.4 eV)=2.86 eV，故C错误；
光的频率由光源决定，与介质无关，所以Hδ对应的光在玻璃中传播时的频率等于它在空气中传播时的频率，故D错误。
4.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是
A.电子绕核旋转的半径增大
B.氢原子的能量增大
C.氢原子的电势能增大
D.氢原子核外电子的速率增大
√
电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，原子总能量减少，根
据k=m，Ek=mv2，解得Ek=k，可知半径越小，电子动能越大，电
子的速率越大，原子的电势能越小，故A、B、C错误，D正确。
4.电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道。即电子轨道半径越大，原子的能量越大。
原子的能量及变化规律
1.原子的能量En=Ekn+Epn。
2.电子绕原子核运动时：k，故Ekn=
电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小。
3.当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小。
玻尔理论的局限性
05
2.局限性
保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道
运动。
1.成功之处
玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。
波尔理论的局限性
3.电子云
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置附近单位体积内出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。
波尔理论的局限性
氢原子光谱和玻尔的原子模型
光谱
氢原子光谱的实验规律
经典理论的困难 玻尔原子理论的基本假设
玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔理论的局限性
分类
特征谱线
光谱分析
吸收光谱
发射光谱
连续谱
线状谱
巴耳末公式：=R∞-n=3，4，5，…)
无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立线状谱
轨道量子化
能量量子化
跃迁假说
玻尔原子理论的基本假设

展开更多......

收起↑