2022年高中物理第章原子结构第节氢原子光谱与能级结构教师用书鲁科版选修- .pdf

1 第 4 节氢原子光谱与能级结构学 习 目 标知 识 脉 络1. 了解氢原子光谱的特点，知道巴尔末公式及里德伯常量( 重点 ) 2理解玻尔理论对氢原子光谱规律的解释 ( 重点 ) 3了解玻尔理论的局限性( 难点)氢 原 子 光 谱 先填空 1氢原子光谱的特点(1) 从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；HH的这n个波长数值成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢(2) 从长波到短波，HH等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性2巴尔末公式1R(1221n2)(n3,4,5 ，) ，其中R叫做里德伯常量，数值为R1.09677581107m1. 再判断 1氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的( )2 由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的( )3由于不同元素的原子结构不同，所以不同元素的原子光谱也不相同( ) 后思考 氢原子光谱有什么特征，不同区域的特征光谱满足的规律是否相同？【提示】氢原子光谱是分立的线状谱它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，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 核心点击 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 氢光谱巴尔末公式1R(1221n2)(n3,4,5,6，)式中n只能取整数，最小值为3，里德伯常量R1.10107 m1规律1巴尔末线系的14 条谱线都处于可见光区2在巴尔末线系中n值越大，对应的波长 越短，即n3 时，对应的波长最长3除了巴尔末系，氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与巴尔末公式类似的关系式1一群氢原子由n3 能级自发跃迁至低能级发出的谱线中属于巴尔末线系的有_条【解析】在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n2 能级发光的谱线属于巴尔末线系因此只有由n3 能级跃迁至n2 能级的 1 条谱线属巴尔末线系【答案】1 2根据巴耳末公式，指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的n，并计算其波长【解析】对应的n越小，波长越长，故当n3 时，氢原子发光所对应的波长最长当n3 时，111.10107122132m1解得 16.5510 7 m. 当n时，波长最短，1R1221n2R14，4R41.1 107 m3.64107 m. 【答案】当n3 时，波长最长为6.5510 7 m 当n时，波长最短为3.64107 m 巴尔末公式的应用方法及注意问题(1) 巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子(2) 公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值(3) 公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出的，在紫外区的谱线也适用(4) 应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长. 玻 尔 理 论 对 氢 光 谱 的 解 释名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 先填空 1理论推导按照玻尔原子理论，氢原子的电子从能量较高的能级跃迁到n2 的能级上时，辐射出的光子能量应为hEnE2，根据氢原子的能级公式EnE1n2可得E2E122，由此可得hE11221n2，由于c，所以上式可写成1E1hc1221n2，把这个式子与巴尔末公式比较，可以看出它们的形式是完全一样的，并且RE1hc，计算出E1hc的值为1.097107 m1与里德伯常量的实验值符合得很好这就是说， 根据玻尔理论， 不但可以推导出表示氢原子光谱规律性的公式，而且还可以从理论上来计算里德伯常量的值由此可知，氢原子光谱的巴尔末系是电子从n3,4,5,6，能级跃迁到n2 的能级时辐射出来的其中HH在可见光区2玻尔理论的成功与局限性项目内容成功之处冲破了能量连续变化的束缚，认为能量是量子化的根据量子化能量计算光的发射频率和吸收频率局限性利用经典力学的方法推导电子轨道半径，是一种半经典的量子论 再判断 1玻尔理论是完整的量子化理论( )2玻尔理论成功的解释了氢原子光谱的实验规律( )3玻尔理论不但能解释氢原子光谱，也能解释复杂原子的光谱( ) 后思考 玻尔理论的成功和局限是什么？【提示】成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动 核心点击 1成功方面(1) 运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量并由此画出能级图(2) 处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的(3) 不仅成功地解释了氢光谱的巴尔末系，计算出了里德伯常数，而且，玻尔理论还预言了当时尚未发现的氢原子的其他光谱线系，这些线系后来相继被发现，也都跟玻尔理论的预言相符名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 2局限性及原因(1) 局限性： 成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍复杂原子的光谱现象(2) 原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动3关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是( ) 【导学号： 18850032】A经典电磁理论不能解释原子的稳定性B根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上C根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的D氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论E根据经典电磁理论，原子光谱应为明线光谱【解析】根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量最后被吸附到原子核上， 原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论，是引入了新的观念【答案】ABC 4氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的波长为1，波长次之为2，则12_. 【解析】由1R1221n2得：当n3 时，波长最长，11R122132，当n4 时，波长次之，12R122142，解得：122720. 【答案】27205已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线H的波长为 6 565 A0，求：【导学号： 18850033】(1) 试推算里德伯常量的值；(2) 利用巴尔末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量(1 A010 10 m) 【解析】(1) 巴尔末系中第一条谱线为n3 时，即11R(122132) R36513656 5651010 m11.097107 m1. (2) 巴尔末系中第四条谱线对应n6，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 则14R(122162) 43681.097107 m4.102107 m Ehhc46.63103431084.102107 J 4.851019 J. 【答案】(1)1.097 107 m1(2)4.102 107 m 4.851019 J 氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线1氢光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值2谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式表达：1R(1m21n2) 式中m2 对应巴尔末公式：1R(1221n2) ，(n3,4,5 ，) 其谱线称为巴尔末线系，是氢原子核外电子由高能级跃迁至n2的能级时产生的光谱，其中HH在可见光区 由于光的频率不同，其颜色不同m1 对应赖曼系即赖曼系 ( 在紫外区 ) 1R(1121n2) ，(n2,3,4 ，)m3 对应帕邢系即帕邢系 ( 在红外区 ) 1R(1321n2) ，(n4,5,6 ，)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -