氢原子光谱和玻尔的原子模型--高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.docx

4.氢原子光谱和玻尔的原子模型核心素养目标物理观念：知道光谱、连续光谱、线状谱、能级跃迁等概念以及玻尔原子理论的基本假设的主要内容科学思维：用经典理论解释原子光谱困难时，利用玻尔的原子模型解释原子光谱科学探究：探究氢原子光谱的实验规律，认识光谱；根据氢原子光谱的实验分析氢原子光谱的特点.知识点一、光谱1定义用棱镜或光栅可以把物质发出的光按_展开，获得波长(频率)和强度分布的记录，即光谱2分类(1)线状谱：由_组成的光谱(2)连续谱：由_的光带组成的光谱3特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是_，说明原子只发出几种_的光不同原子的亮线位置_，说明不同原子的_是不一样的，光谱中的亮线称为原子的_4应用：利用原子的_，可以鉴别物质和确定物质的_，这种方法称为_，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到1013 g时就可以被检测到拓展：光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案，全称为光学频谱光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光知识点二、氢原子光谱的实验规律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_的一条重要途径2氢原子在可见光区的四条谱线满足巴耳末公式：_(n3，4，5)其中R叫里德伯常量，其值为R1.10×107 m1.3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点睛：经典物理学无法解释原子光谱的分立特征知识点三、经典理论的困难1核式结构模型的成就：正确地指出了_的存在，很好地解释了_散射实验2经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的_，又无法解释原子光谱的_知识点四、玻尔理论的基本假设1轨道量子化：(1)原子中的电子在_的作用下，绕原子核做_(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是_的(3)电子在这些轨道上绕核的转动是_的，不产生_2定态：(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，即原子的能量是_的，这些量子化的能量值叫作_(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为_能量最低的状态叫作_，其他的状态叫作_3跃迁：(1)当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，mn)时，会放出能量为h(h是普朗克常量)的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即h_，该式被称为频率条件，又称辐射条件(2)反之，当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，吸收的光子的能量同样由频率条件决定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，,原子光谱应,是连续谱)知识点五、玻尔理论对氢光谱的解释1氢原子的能级图：2解释巴耳末公式：(1)按照玻尔理论，原子从高能级(如从E3)跃迁到低能级(如到E2)时辐射的光子的能量为_(2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的_的量子数n和2.并且理论上的计算和实验测量的_符合得很好3解释气体导电发光：通常情况下，原子处于_，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有可能向上跃迁到_，处于激发态的原子是_的，会自发地向能量较低的能级_，放出_，最终回到基态4解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后_，由于原子的能级是_的，所以放出的光子的能量也是_的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线5解释不同原子具有不同的特征谱线：不同的原子具有不同的结构， _各不相同，因此辐射(或吸收)的_也不相同拓展：玻尔原子模型的意义与不足(1)玻尔原子模型的意义正确地指出原子能级的存在(原子能量量子化)；正确地指出定态和角动量量子化的概念；正确地解释了氢原子及类氢离子光谱 (2)玻尔原子模型的不足无法解释比氢原子更复杂的原子的光谱现象；把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的；是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵守经典为学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征知识点六、玻尔理论的局限性1玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将_引入原子领域，提出了_和_的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律2玻尔理论的局限性：保留了_的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的_3电子云：原子中电子的坐标没有_的值，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的_是多少，如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，故称_要点一光谱和光谱分析【例1】下列关于光谱的说法，正确的是()A太阳光谱是连续谱B日光灯产生的光谱是连续谱C钠盐在酒精灯火焰上汽化后所产生的光谱是线状谱D白光通过钠蒸气，所产生的光谱是线状谱光谱分类(1)发射光谱：物质发光直接获得的光谱，分为连续谱和线状谱(或原子光谱)(2)吸收光谱：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱(3)产生条件及特点光谱分类产生条件光谱特点连续谱炽热固体、液体和高压气体发光形成连续分布，一切波长的光都有线状谱(原子光谱)稀薄气体发光形成一些不连续的亮线组成各元素的谱线不同(又叫特征谱线)吸收光谱炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)要点二氢原子光谱【例2】(多选)关于巴耳末公式Rn3，4，5的理解，正确的是()A此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的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的整数值，故氢原子光谱是线状谱D公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱分析点睛：巴耳末公式：R，n3，4，5，巴耳末公式的两点提醒：巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用要点三玻尔的原子模型【例3】(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有()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解决玻尔的原子模型问题的4个关键电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小要点四玻尔理论与氢原子的跃迁规律1跃迁：(1)能量差决定因素：原子从一种定态(设能量为Em)跃迁到另一种定态(设能量为En)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，高能级Em低能级En.(2)跃迁特点：电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上2两类跃迁规律(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子光子的频率.(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hE.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可E外E.能级跃迁时应注意的问题直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况下辐射(或吸收)光子的频率不同题型1氢原子的跃迁规律【例4】已知类氢结构氦离子(He)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论知()A氦离子(He)处于n1能级时，能吸收45 eV的能量跃迁到n2能级B大量处于n3能级的氦离子(He)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子C氦离子(He)从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出光子的波长大D若氦离子(He)从n2能级跃迁到基态，释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n4能级跃迁到n2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了，即：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱条数为NC，而一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出(n1)条光谱线跃迁与电离跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程；而只要大于电离能的任何光子的能量都能被吸收题型2跃迁过程中的原子的能量问题【例5】根据波尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后()A原子的能量增加，电子的动能减少 B原子的能量增加，电子的动能增加C原子的能量减少，电子的动能减少 D原子的能量减少，电子的动能增加点睛：吸收光子，原子由基态跃迁到激发态，能量增加，但电子的动能减少，电势能增加放出光子，原子由激发态跃迁到低能级，能量减少，电子的动能增加，电势能减少【随堂演练】1如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()2关于巴耳末公式R的理解，正确的是()A此公式是巴耳末在研究氧光谱特征时发现的B公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱C公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱D公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱3氢原子能级示意图如图所示氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n4能级跃迁到n2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中共有几种光子能使该金属发生光电效应()A2 B3C4 D84氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中()A电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大C电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小D电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大5(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是()Aa元素 Bb元素Cc元素 Dd元素6大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为1和2，则该激发态与基态的能量差为_，波长为1的光子的动量为_(已知普朗克常量为h，光速为c)4氢原子光谱和玻尔的原子模型基础导学研读教材一、1.波长2(1)一条条的亮线(2)连在一起3线状谱特定频率不同发光频率特征谱线4特征谱线组成成分光谱分析二、1.原子结构2R三、1.原子核粒子2稳定性分立特征四、1.(1)库仑引力圆周运动(2)量子化(3)稳定电磁辐射2(1)量子化能级(2)定态基态激发态3(1)EnEm五、2.(1)hE3E2(2)定态轨道里德伯常量3基态激发态不稳定跃迁光子4两个能级差分立分立5能级光子频率六、1.量子观念定态跃迁2经典粒子轨道运动3确定概率电子云课堂互动合作探究要点一【例1】【解析】A错：太阳发出的白光本来是连续谱，但在穿过太阳表面温度比较低的太阳大气层时，被大气层内存在着的从太阳蒸发出来的多种元素的气体吸收，到达地球时形成吸收光谱B错：日光灯是低压蒸气发光，所以产生的是线状谱C对：钠盐在酒精灯火焰上汽化后产生线状谱D错：白光通过钠蒸气产生的光谱是钠的吸收光谱【答案】C要点二【例2】【解析】A对：巴耳末公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的B错，C对：公式中的n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D错：巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析，不适用于其他原子的光谱分析【答案】AC要点三【例3】【解析】A、B、C三项都是玻尔提出来的假设其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关【答案】ABC要点四【例4】【解析】A错：由hE2E1，得，吸收光子能量为40.8 eV.B错：大量处于n3能级的氦离子跃迁发出NC3种光子C对：由hEnEm，EE4E3<EE3E2，故E光子的波长应大于E光子的波长D错：E13.6 eV(54.4 eV)40.8 eV，E3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV<E，故E光子不一定能使金属板发生光电效应【答案】C【例5】【解析】电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；由m可知，半径越小，动能越大【答案】D随堂演练达标检测1解析：由能级图及EmEnh知 ，E3E1>E2E1>E3E2，即a>c>b，又，知a<c<b.答案：C2解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的4条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱答案：C3解析：氢原子由n4能级跃迁到n2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则从n4n1、n3n1、n2n1、n4n2能级差大于或等于从n4到n2的能级差，则有4种光子能使该金属发生光电效应答案：C4解析：从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，能级增大，吸收能量，则总能量增大，根据km知，轨道半径变大，则电子的速率变小，故电子的动能减小，则电势能增大故D正确，A、B、C错误故选D.答案：D5解析：各种原子的发射光谱都是线状谱，都有一定的特征，也称特征谱线，是因原子结构不同，导致原子光谱也不相同，因而可以通过原子的发射光谱来确定和鉴别物质，对此称为光谱分析由乙图可知，此光谱是由a与c元素线状谱叠加而成的，因此通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是b、d元素，故B、D正确，A、C错误故选B、D.答案：BD6解析：该激发态与基态的能量差E对应着辐射最短波长的光子，故能量差为Ehh；波长为1的光子动量p.答案：h14学科网（北京）股份有限公司