氢原子光谱波尔原子模型解析学习教案.pptx

氢原子光谱氢原子光谱(gungp)波尔原子模型解析波尔原子模型解析第一页，共44页。早在早在1717世纪，牛顿就发世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验的色散现象，并把实验中得到的彩色光带中得到的彩色光带(un di)(un di)叫做光谱叫做光谱第1页/共44页第二页，共44页。一、光谱一、光谱(gungp)(gungp)光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域(qy)(qy)还是在不可见光区域还是在不可见光区域(qy)(qy)）的波长成分和强）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。度分布的记录。有时只是波长成分的记录。发射光谱可分为发射光谱可分为(fn wi)(fn wi)两类：连续光两类：连续光谱和线状谱。谱和线状谱。1.1.发射光谱发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。第2页/共44页第三页，共44页。各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线(mn xin)光谱的谱线也叫原子的特征谱线。光谱的谱线也叫原子的特征谱线。第3页/共44页第四页，共44页。（1 1）连续光谱）连续光谱）连续光谱）连续光谱 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热(chr)(chr)的钢水发出的钢水发出的钢水发出的钢水发出的光都形成连续光谱。的光都形成连续光谱。的光都形成连续光谱。的光都形成连续光谱。炽热的固体、液体及高压气体的光谱，是由连续(linx)分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做连续(linx)光谱。zxxk第4页/共44页第五页，共44页。2）线状谱只含有一些不连续的亮线的光谱。各条谱线对应不同波长）线状谱只含有一些不连续的亮线的光谱。各条谱线对应不同波长(bchng)的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。利用特征谱线进行光谱分析，灵敏度高的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。利用特征谱线进行光谱分析，灵敏度高10-10g高压电源高压电源光谱光谱(gungp)管管第5页/共44页第六页，共44页。平行(pngxng)光管标度(bio d)管三棱镜观察(gunch)管分光镜分光镜第6页/共44页第七页，共44页。分光镜原理(yunl)分析标度(bio d)管zxxk第7页/共44页第八页，共44页。吸吸 收收 光光 谱谱钠蒸气(zhn q)光谱中产生的一组暗线，每条光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体暗线的波长都跟那种气体(qt)原子原子的特征谱线相对应。的特征谱线相对应。第8页/共44页第九页，共44页。（3 3）吸收光谱）吸收光谱）吸收光谱）吸收光谱(x(x shu un p)shu un p)高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线与明线温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线与明线(mn xin)(mn xin)相对应，也是原子的特征谱线。太阳相对应，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。的光谱是吸收光谱。第9页/共44页第十页，共44页。各种光谱各种光谱连续光谱连续光谱H的发射光的发射光谱谱钠的发射钠的发射光谱光谱钠的吸收钠的吸收光谱光谱(x shu un p)太阳的吸太阳的吸收光谱收光谱(x shu un p)第10页/共44页第十一页，共44页。氢 气 的 吸 收 光 谱氢气(qn q)zxxk第11页/共44页第十二页，共44页。（4 4）光谱分析）光谱分析）光谱分析）光谱分析(un(un p fn x)p fn x)由于每种原子都有自己的特征谱线，因此由于每种原子都有自己的特征谱线，因此(ync)(ync)可以根据可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。分析也可以用于探索原子的结构。研究研究(ynji)太阳高层太阳高层大气层所大气层所含元素含元素第13页/共44页第十四页，共44页。氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律 实实验验(shyn)装装置置zxxk第14页/共44页第十五页，共44页。分光镜原理(yunl)分析标度(bio d)管第15页/共44页第十六页，共44页。光谱分析光谱分析光谱分析光谱分析光谱分析光谱分析 由于每种原子都有自己由于每种原子都有自己由于每种原子都有自己由于每种原子都有自己(zj)(zj)的特征谱线，因的特征谱线，因的特征谱线，因的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。原子原子原子原子(yunz)(yunz)光谱的不连续性反映出原子光谱的不连续性反映出原子光谱的不连续性反映出原子光谱的不连续性反映出原子(yunz)(yunz)结构的不连续性，所以光谱分析也结构的不连续性，所以光谱分析也结构的不连续性，所以光谱分析也结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子可以用于探索原子可以用于探索原子可以用于探索原子(yunz)(yunz)的结构。的结构。的结构。的结构。案例：利用太阳光的吸收光谱可以案例：利用太阳光的吸收光谱可以案例：利用太阳光的吸收光谱可以案例：利用太阳光的吸收光谱可以(ky)(ky)研研研研究太阳高层大气层所含元素。究太阳高层大气层所含元素。究太阳高层大气层所含元素。究太阳高层大气层所含元素。第16页/共44页第十七页，共44页。光谱分析的技术在科学研究中有广泛光谱分析的技术在科学研究中有广泛(gungfn)的的应用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察应用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物质成分远星球的物质成分zxxk第17页/共44页第十八页，共44页。漆碗：第三文化层（距今漆碗：第三文化层（距今6500650060006000年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土(ch t)(ch t)漆皮的裂解光谱图相似漆皮的裂解光谱图相似第18页/共44页第十九页，共44页。X射线照射射线照射(zhosh)激发荧光，激发荧光，通过分析荧光判断通过分析荧光判断越王勾践宝剑的成越王勾践宝剑的成分分第19页/共44页第二十页，共44页。2.氢原子的光谱氢原子的光谱(gungp)图图可可可可见见见见光光光光区区区区特点特点特点特点(tdin)(tdin)1.1.几种几种几种几种(j zhn)(j zhn)特定频率的光特定频率的光特定频率的光特定频率的光2.2.光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线第20页/共44页第二十一页，共44页。三、卢瑟福模型三、卢瑟福模型三、卢瑟福模型三、卢瑟福模型(mxng)(mxng)的困难的困难的困难的困难原子核式结构模型与经典原子核式结构模型与经典(jngdin)电磁理论电磁理论的矛盾的矛盾核外电子核外电子(h wi din z)绕核运动绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的原子是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。zxxk第21页/共44页第二十二页，共44页。玻尔玻尔（18851962）4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1轨道假设轨道假设4 3 2 1h=E初初 E未未En=rn=n2r1第22页/共44页第二十三页，共44页。四、氢原子的能级(nngj)图：-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE第23页/共44页第二十四页，共44页。1 1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。2 2、基态、基态(j ti)(j ti)：在正常状态下，原子处于最低能级，：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态(j(j ti)ti)。3 3、激发态：除基态、激发态：除基态(j ti)(j ti)以外的能量较高的其他能以外的能量较高的其他能级，级，叫做激发态。叫做激发态。4 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态态或基态(j ti)(j ti)跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。五、能级(nngj)：zxxk第24页/共44页第二十五页，共44页。巴耳末的研究巴耳末的研究(ynji)瑞士瑞士瑞士瑞士(ru sh)(ru sh)中学数学教师中学数学教师中学数学教师中学数学教师第25页/共44页第二十六页，共44页。氢原子氢原子(yunz)是最简单的原子是最简单的原子(yunz)，其，其光谱也最简单。光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱(gungp)第26页/共44页第二十七页，共44页。电子云电子云第27页/共44页第二十八页，共44页。巴耳末公式巴耳末公式(gngsh)N 6 N 6 的符合的符合的符合的符合(fh)(fh)巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末系巴耳末系巴耳末系巴耳末系人们人们人们人们(rn men)(rn men)把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系适用区域：适用区域：适用区域：适用区域：可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区第28页/共44页第二十九页，共44页。氢原子光谱氢原子光谱(gungp)的的其他线系其他线系莱曼线系莱曼线系 红外区还有三个线系红外区还有三个线系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普丰特普丰特(fn t)(fn t)系系紫紫外外线线区区zxxk第29页/共44页第三十页，共44页。氢原子光谱不是氢原子光谱不是(b shi)不相关的，而是有内在联不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：其其中中(qzhng)对应对应(duyng)一个一个m构成一个构成一个谱线系谱线系每一谱线的波数都等于两项的差数每一谱线的波数都等于两项的差数令令称为光谱项。称为光谱项。第30页/共44页第三十一页，共44页。第31页/共44页第三十二页，共44页。18-4.18-4.波尔的原子波尔的原子(yunz)(yunz)模型模型zxxk第32页/共44页第三十三页，共44页。一、玻尔提出原子模型的背景：卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a粒子的散射实验，初步(chb)建立了原子结构的正确图景，但跟经典的电磁理论发生了矛盾。第34页/共44页第三十五页，共44页。1、原来(yunli)，电子没有被库仑力吸引到核上，它一定是以很大的速度绕核运动，就象行星绕着太阳运动那样。按照经典理论，绕核运动的电子应该辐射出电磁波，因此它的能量要逐渐减少。随着能量的减少，电子绕核运行的轨道半径也要减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造卫星受到上层大气阻力不断损失能量后要落到地面上一样。这样看来，原子应当是不稳定的，然而实际上并不是这样。第35页/共44页第三十六页，共44页。2、同时，按照经典电磁理论，电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于(dngy)电子绕核运行的频率，随着运行轨道半径的不断变化，电子绕核运行的频率要不断变化，因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。以上矛盾表明(biomng)，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，1913年玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普郎克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。zxxk第36页/共44页第三十七页，共44页。第37页/共44页第三十八页，共44页。二、玻尔理论(lln)的主要内容：1、原子(yunz)只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子(yunz)是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。2、原子(yunz)从一种定态（设能量为E初）跃迁到另一种定态（设能量为E终）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，即E初 E终.h v=3、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。第38页/共44页第三十九页，共44页。三、玻尔计算出氢的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能(shnng)）公式：rn n=n2 2 r r1轨道(gudo)半径：（n=1,2,3)能 量：En=n21E1（n=1,2,3)式中r1(r1=0.531010m)、E1(E1=13.6eV)、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径(bnjng)和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径(bnjng)和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。第39页/共44页第四十页，共44页。例1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁(dinc)理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁(dinc)波”的观点提出了异议 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁(dinc)理论和牛顿力学计算出来的ABCDzxxk第40页/共44页第四十一页，共44页。2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确(zhngqu)的说法是（）A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的C第41页/共44页第四十二页，共44页。3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确(zhngqu)的是（）A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）A、可以取任意值 B、可以在某一范围(fnwi)内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值DACD第42页/共44页第四十三页，共44页。5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道(gudo)自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道(gudo)上，已知rarb，则在此过程中（）A、原子要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、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸收某一频率的光子Czxxk第43页/共44页第四十四页，共44页。