4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 学案- 高二物理人教版（2019）选择性必修3 .doc

物理导学案 创编人：辛春梅 审核人：孙建国 使用时间：高二下学期 编号： 4氢原子光谱和玻尔的原子模型预习案班级： 姓名： 小组： 小组评价： 教师评价： 【预习目标】知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。【使用说明】1.先阅读本节教材，回答第84页“问题”并梳理必要的知识点。教材P84“问题”提示：每种原子都有自己的特征谱线，食盐钠原子能发出黄色频率的光线。理解课本基础知识，有疑问的用红色笔做好疑难标记。完成教材助读设置问题，依据发现的问题再研读教材或者查阅资料，解决问题。将预习中不能解决的问题填在疑惑卡上。2.分层完成，A层全部完成并梳理知识结构，标“”的题目要求B层选做。小组长职责，知道引领小组各层成员按时完成任务，人人达标。3自主阅读学习法、合作学习法、实验探究一、光谱及氢原子光谱的实验规律1光谱(1)定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按_(频率)展开，获得_(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)分类线状谱：有些光谱是一条条的_，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的_，叫作连续谱。特征谱线气体中中性原子的发射光谱都是_，且不同原子的亮线位置_，故这些亮线称为原子的_谱线。(4)光谱分析定义：利用原子的_来鉴别物质和确定物质的组成成分。优点：灵敏度高。说明：同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。2氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难(1)氢原子光谱的实验规律巴耳末公式Rn3，4，5，意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。(2)经典理论的困难(1)用经典电磁理论在解释原子的_时遇到了困难。(2)用经典电磁理论在解释原子光谱是_的线状谱时遇到了困难。说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。二、玻尔原子理论的基本假设1玻尔原子模型(1)原子中的电子在_力的作用下，绕_做圆周运动。(2)电子绕核运动的轨道是_的。(3)电子在这些轨道上绕核的转动是_的，且不产生_。2定态当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有_的能量，即原子的能量是_的，这些量子化的能量值叫作_，原子具有确定能量的稳定状态，称为_。能量最低的状态叫作_，其他的能量状态叫作_。3跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)_到能量较低的定态轨道(其能量记为Em，nm)时，会_能量为h的光子，该光子的能量h_，这个式子被称为_条件，又称_条件。三、玻尔理论对氢原子光谱的解释1玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴耳末公式按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为h_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。(2)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。2玻尔理论的局限性(1)成功之处玻尔理论第一次将_引入原子领域，提出了_的概念，成功解释了_光谱的实验规律。(2)局限性保留了_的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的_运动。(3)电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现_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_一样分布在原子核周围，故称_。说明：电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子；反之会吸收光子。1思考判断(正确的打“”，错误的打“×”)(1)各种原子的发射光谱都是连续谱。(2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。(3)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的原因。(4)玻尔理论能成功的解释氢光谱。2(多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A原子光谱是不连续的B原子光谱是连续的C由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的D各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同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，虽然电子做加速运动，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氢原子光谱和玻尔的原子模型导学案训练案【学习目标】1物理观念知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。2.科学思维掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图，理解理论的局限性与不足，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。3.科学探究通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究能力。4.科学态度与责任学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。【情境导学】 光谱及氢原子光谱的规律由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己特征的光谱。如果一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素。光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，精度、灵敏度高，且不需纯样品，只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。如图甲所示为a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱。试探究：(1)通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？(2)请说出你的依据。1光谱的分类2光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达1010 g。(2)应用：应用光谱分析发现新元素。 鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。 应用光谱分析鉴定食品优劣。3巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：R，n3，4，5，该公式称为巴耳末公式。(2)公式中只能取n3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。4其他谱线除了巴耳末系，氢原子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。【例1】氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为()ABCD巴耳末公式的两点提醒(1)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。(2)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。跟进训练1关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱D观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成2(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式R，n3，4，5，对此，下列说法正确的是()A巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式D巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的玻尔原子理论的基本假设玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁。试探究：(1)跃迁与电离有什么区别？(2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？1轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。氢原子各条可能轨道上的半径rnn2r1(n1，2，3)，其中n是正整数，r1是离核最近的可能轨道的半径，r10.53×1010 m。其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。2能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式EnE1(n1，2，3)其中E1代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E113.6 eV。n是正整数，称为量子数。量子数n越大，表示能级越高。(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。3跃迁原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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。可见，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。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。【例2】一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知rarb，则在此过程中()A原子发出一系列频率的光子B原子要吸收一系列频率的光子C原子要吸收某一频率的光子D原子要辐射某一频率的光子解决玻尔原子模型问题的四个关键(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量。(2)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。(3)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。(4)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。跟进训练3已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En，其中n2，3，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()ABCD对氢原子的能级结构和跃迁问题的理解原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子。试探究：(1)若从E3到E1是否只有E3E1一种可能？(2)如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多有多少条谱线？1对能级图的理解(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n1时对应的能量，其值为13.6 eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n1是原子的基态，n是原子电离时对应的状态。2能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为NC。3光子的发射原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。hEmEn(Em、En是始末两个能级且m>n)能级差越大，放出光子的频率就越高。4使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n1时能量不足，则可激发到n能级的问题。(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(EEnEk)，就可使原子发生能级跃迁。【例3】氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量范围为1.623.11 eV。下列说法正确的是()A处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光中一定包含可见光C大量处于n2能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光子能量较大，有明显的热效应D大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，只可能发出3种不同频率的光能级跃迁规律大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射种频率的光子。一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n1)种频率的光子。【一题多变】如果只有一个处于n5激发态的氢原子向n2的激发态跃迁，最多可有几种频率的光子？跟进训练4(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，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10 eV的光子照射1物理观念：光谱、连续谱、线状谱、能级、跃迁、轨道量子化、定态、电子云。2科学思维：氢原子光谱的实验规律分析、玻尔原子模型的理解与能级图的应用。3科学方法：假设法、实验法、图像法、模型法等。1(多选)白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续谱线，下列说法正确的是()A棱镜使光谱加了颜色B白光是由各种颜色的光组成的C棱镜对各种颜色光的偏折不同D发光物质发出了在可见光区的各种频率的光2(多选)下列说法中正确的是()A炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B各种原子的明线光谱中的明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明线光谱D在一定条件下气体也可以产生连续光谱3(多选)根据玻尔理论，以下说法正确的是()A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量 C原子内电子的可能轨道是不连续的D原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差4(多选)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了1、2、3三种频率的光子，且123，则()A被氢原子吸收的光子的能量为h1B被氢原子吸收的光子的能量为h2C123D3125(思维拓展)已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于n4能级状态，则：问题探究：(1)氢原子可能辐射几种频率的光子？(2)其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？11