【课件】氢原子光谱和玻尔的原子模型+课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.pptx

4.44.4氢原子光谱和玻尔的原子模型氢原子光谱和玻尔的原子模型约翰约翰约翰约翰雅各布雅各布雅各布雅各布巴耳末，瑞士数学家、物理学巴耳末，瑞士数学家、物理学巴耳末，瑞士数学家、物理学巴耳末，瑞士数学家、物理学家。主要贡献是建立了家。主要贡献是建立了家。主要贡献是建立了家。主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验氢原子光谱波长的经验氢原子光谱波长的经验氢原子光谱波长的经验公式公式公式公式巴耳末公式巴耳末公式巴耳末公式巴耳末公式。大学时期留学德国的卡。大学时期留学德国的卡。大学时期留学德国的卡。大学时期留学德国的卡尔斯鲁厄大学和柏林大学，攻读数学，尔斯鲁厄大学和柏林大学，攻读数学，尔斯鲁厄大学和柏林大学，攻读数学，尔斯鲁厄大学和柏林大学，攻读数学，1846184618461846年年年年回到瑞士，担任中学时期的母校巴塞尔中学的回到瑞士，担任中学时期的母校巴塞尔中学的回到瑞士，担任中学时期的母校巴塞尔中学的回到瑞士，担任中学时期的母校巴塞尔中学的工程制图教师。工程制图教师。工程制图教师。工程制图教师。1849184918491849年巴耳末以关于摆线的论年巴耳末以关于摆线的论年巴耳末以关于摆线的论年巴耳末以关于摆线的论文在瑞士巴塞尔大学获得博士学位。文在瑞士巴塞尔大学获得博士学位。文在瑞士巴塞尔大学获得博士学位。文在瑞士巴塞尔大学获得博士学位。1859185918591859年起年起年起年起在瑞士巴塞尔女子中学担任数学教师，在瑞士巴塞尔女子中学担任数学教师，在瑞士巴塞尔女子中学担任数学教师，在瑞士巴塞尔女子中学担任数学教师，1865186518651865年年年年到到到到1890189018901890年期间兼任瑞士巴塞尔大学讲师。年期间兼任瑞士巴塞尔大学讲师。年期间兼任瑞士巴塞尔大学讲师。年期间兼任瑞士巴塞尔大学讲师。1898189818981898年在巴塞尔逝世，终年年在巴塞尔逝世，终年年在巴塞尔逝世，终年年在巴塞尔逝世，终年72727272岁。岁。岁。岁。粒粒子子散散射射的的实实验验使使我我们们知知道道原原子子具具有有核核式式结结构构，但但电电子子在在核核的的周周围围怎怎样样运运动动?它它的的能能量量怎怎样样变变化化?这些还要通过其他事实才能认识。这些还要通过其他事实才能认识。金属原子金属原子原子核原子核早早在在1717世世纪纪，牛牛顿顿就就发发现现了了日日光光通通过过三三棱棱镜镜后后的的色色散散现现象象，并并把把实实验验中中得得到的到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱。一、光谱一、光谱1 1、光光谱谱是是用用光光栅栅或或棱棱镜镜把把各各种种颜颜色色的的光光按按波波长长展展开开，获得波长（频率）和强度分布的记录。获得波长（频率）和强度分布的记录。2 2、分类：、分类：线状谱线状谱和和连续谱连续谱。最上一条是连续谱，其他几条是线状谱与连续谐的叠加。最上一条是连续谱，其他几条是线状谱与连续谐的叠加。最上一条是连续谱，其他几条是线状谱与连续谐的叠加。最上一条是连续谱，其他几条是线状谱与连续谐的叠加。一、光谱一、光谱3 3、特征谱线：原子发光光谱上的亮线。、特征谱线：原子发光光谱上的亮线。原子的发光光谱是原子的发光光谱是线状谱线状谱，说明原子只发出几种特，说明原子只发出几种特定频率的光。定频率的光。不同原子的亮线不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样。率是不一样。光谱分析：光谱分析：既然每种原子都有自己既然每种原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴的特征谱线，我们可以利用它来鉴别和确定物质的组成成分。别和确定物质的组成成分。例例：如如图图甲甲所所示示的的a a、b b、c c、d d为为四四种种元元素素的的特特征征谱谱线线，图图乙乙是是某某矿矿物物的的线线状状谱谱，通通过过光光谱谱分分析析可可以以确确定定该该矿矿物中缺少的元素为（物中缺少的元素为（）A.aA.a元素元素B.bB.b元素元素C.cC.c元素元素D.dD.d元素元素B B二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律光是由原子内部电子的运动产生的光是由原子内部电子的运动产生的，因此光，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径。谱研究是探索原子结构的重要途径。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律18851885年，巴耳末对当时已知的年，巴耳末对当时已知的可见光区可见光区的的4 4条谱线分析，条谱线分析，得到得到巴耳末巴耳末公式：公式：巴耳末公式确定的这一组谱线称为巴耳末公式确定的这一组谱线称为巴耳末系巴耳末系。三、经典理论的困难三、经典理论的困难经典理论认为：电子绕核运动不断向外辐射电磁波，经典理论认为：电子绕核运动不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，轨道电子损失了能量，轨道半径不断缩小半径不断缩小，最终落在原子最终落在原子核上核上,而使原子变得而使原子变得不稳定不稳定。但事实上原子很稳定。但事实上原子很稳定。+经典理论认为：经典理论认为：由于电子轨道的变化是由于电子轨道的变化是连续的连续的，辐射电磁波的频率也该连续变化，原子光谱应该辐射电磁波的频率也该连续变化，原子光谱应该是是连续光谱连续光谱。三、经典理论的困难三、经典理论的困难原子光谱是不连续的，是原子光谱是不连续的，是线状谱线状谱。经典物理学不能解释原子世界的现象经典物理学不能解释原子世界的现象。为了解决这个矛盾，为了解决这个矛盾，19131913年年丹麦的物理学家丹麦的物理学家玻尔玻尔在卢瑟在卢瑟福学说的基础上，把普朗克福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统的量子理论运用到原子系统上，提出了上，提出了玻尔理论玻尔理论。四、玻尔原子理论的基本假设四、玻尔原子理论的基本假设围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些子轨道半径只能是某些分立分立的数值。的数值。电子在这些轨道上绕电子在这些轨道上绕核的转动是核的转动是稳定的稳定的，不，不向外辐射电磁波。向外辐射电磁波。假说假说1 1：轨道量子化：轨道量子化分立轨道分立轨道四、玻尔原子理论的基本假设四、玻尔原子理论的基本假设假说假说2 2：定态：定态(能级能级)假说假说玻尔指出，电子在不同玻尔指出，电子在不同的轨道上运动，原子处的轨道上运动，原子处于不同的状态，具有不于不同的状态，具有不同的能量。所以原子的同的能量。所以原子的能量也是量子化的。能量也是量子化的。四、玻尔原子理论的基本假设四、玻尔原子理论的基本假设能级：原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。能级：原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。定态：原子中具有确定能量的稳定状态。定态：原子中具有确定能量的稳定状态。1 12 23 3E412345E1E3E2E5E激发态激发态基态基态四、玻尔原子理论的基本假设四、玻尔原子理论的基本假设假说假说3 3：跃迁假说：跃迁假说当电子从能量较高的定态轨道当电子从能量较高的定态轨道（能量为（能量为EmEm）跃迁到较低的定态）跃迁到较低的定态轨道（能量为轨道（能量为EnEn）时，会放出能）时，会放出能量为量为h的光子，即的光子，即hEm-En（频率条件，又称辐射条件），（频率条件，又称辐射条件），这也就是原子发光的原因这也就是原子发光的原因。EmEnh h 五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释玻尔从上述假设出发，计算出了氢的电子可能玻尔从上述假设出发，计算出了氢的电子可能的的轨道半径轨道半径和和对应的能量对应的能量。(r1=0.053nm)可见光区可见光区巴耳末公式代表的应该巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为是电子从量子数分别为n n3 3，4 4，5 5.的能级向的能级向量子数为量子数为2 2的能级跃迁时的能级跃迁时发出的光谱线。发出的光谱线。巴耳末系巴耳末系（1 1）定态的能量值定态的能量值指指总能量总能量(即即E=EE=Ek k+E+Ep p)例如：E1=-13.6eV，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2 2）电势能）电势能EpEp0 0，原因是规定无限远处的电势，原因是规定无限远处的电势能为零。越是里面轨道电势能越少，负得越多。能为零。越是里面轨道电势能越少，负得越多。五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释（3 3）跃迁时能量的变化）跃迁时能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能子的电势能EpEp减小，电子动能增大，原子减小，电子动能增大，原子能量减小。能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。，电子动能减小，原子能量增大。1 12 23 3（4 4）氢原子核外只有一个电子，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这个电子在某个时刻只能处在某一个轨道上，一个轨道上，跃迁跃迁的情况只有一的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现迁时就会有各种情况出现。五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释1 12 23 3（5 5）从低能级向高能级跃迁）从低能级向高能级跃迁对于能量小于对于能量小于13.6ev13.6ev的光子，要么全被吸的光子，要么全被吸收，要么不吸收。收，要么不吸收。吸收能量大于或等于吸收能量大于或等于13.6ev13.6ev的光子，氢原的光子，氢原子会电离；子会电离；吸收光子吸收光子:吸收实物粒子能量：吸收实物粒子能量：只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁,就就能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁级跃迁,多余能量仍为实物粒子动能。多余能量仍为实物粒子动能。五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释