【物理课件】氢原子光谱和玻尔的原子模型 2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.pptx

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1、第四章第四章 原子结构和波粒二象性原子结构和波粒二象性4.4 4.4 氢原子光谱和玻尔的氢原子模型氢原子光谱和玻尔的氢原子模型 原子具有核式结构，那么核外电子如何运动？光谱 用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开，获得波长（频率）和强度分布的记录（图 4.4-1），即光谱。把食盐放在火中灼烧把食盐放在火中灼烧,会发出黄色的光会发出黄色的光.食盐为什么发黄光而不发其食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢他颜色的光呢?一、光谱一、光谱1.1.光光谱谱:用用棱棱镜镜或或光光栅栅可可以以把把物物质质发发出出的的光光按按波波长长(频频率率)展展开开,获获得得波波长长(频频率率)和和强强度度分布的

2、记录分布的记录.2.2.光谱的分类光谱的分类(1)(1)发射光谱发射光谱:物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.线状谱线状谱:光谱是一条条的光谱是一条条的亮线亮线.连续谱连续谱:光谱是连在一起的光谱是连在一起的光带光带.线状谱是由线状谱是由游离状态游离状态的原子发射的的原子发射的,所以也叫所以也叫原子光谱原子光谱.炽热的固体炽热的固体、液体液体和和高压气体高压气体发光发光.只含有一些不连续的只含有一些不连续的亮线亮线的光谱叫做的光谱叫做明线明线光谱光谱(叫叫线状谱线状谱).).明线光谱中的亮线叫明线光谱中的亮线叫谱线谱线,各条谱线对应不同波长的光各条谱线对应不同

3、波长的光.可分为可分为发射光谱、吸收光谱、散射光谱发射光谱、吸收光谱、散射光谱（稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱）（稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱）(2)(2)吸收光谱吸收光谱:是一束具有连续波长的光是一束具有连续波长的光(炽热物体发出的光炽热物体发出的光)通过物质时通过物质时,某些某些波长的光被吸收后产生的光谱波长的光被吸收后产生的光谱.2.2.光谱的分类光谱的分类(1)(1)发射光谱发射光谱:物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.线状谱线状谱:光谱是一条条的光谱是一条条的亮线亮线.线状谱是由线状谱是由游离状态游离状态的原子发射的的原子发射的,所

4、以也叫所以也叫原子光谱原子光谱.连续谱连续谱:光谱是连在一起的光谱是连在一起的光带光带.炽热的固体、液体和高压气体发光.气体发光3 3.特征谱线特征谱线:每种原子只能发出具有每种原子只能发出具有本身特征本身特征的某些频率的光的某些频率的光.4.4.光谱分析光谱分析:鉴别物质和确定物质的组成成分鉴别物质和确定物质的组成成分,发现新元素发现新元素.优点优点:灵敏度高灵敏度高,元素元素含量达到含量达到1010-1-13 3kgkg就可以检测到就可以检测到.各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱发射光谱中的一条明线中的一条明线相对应相对应.

5、这表明这表明,低温气体原子吸收的光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恰好就是这种原子在高温时发出的光光.因此吸收光谱中的因此吸收光谱中的暗谱线暗谱线,也是原子的特征谱线也是原子的特征谱线.NaNa的发射光谱的发射光谱NaNa的发射光谱的发射光谱太阳光谱太阳光谱连续光谱连续光谱H的发射光谱的发射光谱 Na的辐射的辐射光谱光谱Na的吸收光谱的吸收光谱 由德国物理学家由德国物理学家基尔霍夫基尔霍夫开创的光谱分析方法对鉴别化学元素有着巨大开创的光谱分析方法对鉴别化学元素有着巨大的意义的意义.许多化学元素许多化学元素,像艳、物、铊、铜、镓像艳、物、铊、铜、镓,都是在实验室里通过光都是在

6、实验室里通过光谱谱分分析发现的析发现的.夫琅禾费线夫琅禾费线光谱分析还为深入原子世界打开了道路光谱分析还为深入原子世界打开了道路.近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的.12位置12二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律光谱的结果显示氢原子只能发出一系列光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定特定波长的光波长的光.测出氢原子光谱的谱线位置之后测出氢原子光谱的谱线位置之后,那么它有什么规律呢那么它有什么规律呢?可见光区谱线规律可见光区谱线规律巴尔末公式巴尔末公式瑞士,巴尔末n=3、4、5.里德伯常量里德伯常量:n n的两层含义的两层含义:每一

7、个每一个n n值分别对应一条谱线值分别对应一条谱线.n n只能取正整数只能取正整数3,4,5,3,4,5,不能取连续值不能取连续值,反映氢原子光谱波反映氢原子光谱波长的分立特征长的分立特征(线状谱线状谱)核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径电子轨道半径连续连续变小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 分立分立三、经典三、经典理论的困难理论的困难 1 1、轨道量子化：、轨道量子化：原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动，服从经典力

8、学的规律。周运动，服从经典力学的规律。四、玻四、玻尔原子理论的基本假设尔原子理论的基本假设 但是，电子轨道半径不是任意的，只有当半径大小符合一定条件时，但是，电子轨道半径不是任意的，只有当半径大小符合一定条件时，这样的轨道才是可能的。即电子的这样的轨道才是可能的。即电子的轨道是量子化的。轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。不产生电磁辐射。氢原子氢原子中电子轨道的最小半径中电子轨道的最小半径2 2、能级（定态）假设：、能级（定态）假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同状态于不同状态,具有不同

9、能量，所以具有不同能量，所以原子能量也是量子化的原子能量也是量子化的。四、玻四、玻尔原子理论的基本假设尔原子理论的基本假设 这些量子化的能量值叫这些量子化的能量值叫能级能级；原子中这些；原子中这些具有确定能量的稳定状态叫具有确定能量的稳定状态叫定态定态。能量最低的状态叫能量最低的状态叫基态基态，其他状态叫，其他状态叫激发态激发态。4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设轨道与能级相对应氢原子氢原子在基态（第一能级）的能量：在基态（第一能级）的能量：3、跃迁假设：、跃迁假设：当电子从能量较高的定态轨道（设能量为当电子从能量较高的定态轨道（设能量为Em）跃跃迁迁到能量较低的定态轨道（设能量

10、为到能量较低的定态轨道（设能量为En，mn）时，它辐射出一）时，它辐射出一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 四、玻四、玻尔原子理论的基本假设尔原子理论的基本假设 反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由两种定态的能量差决定。两种定态的能量差决定。(频率条件或辐射条件频率条件或辐射条件)跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1量量子子数数E412345E1E3E2E5En基态基态激激发发态态轨轨道道

11、与与能能级级相相对对应应四、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.能级能级(定态定态)假说假说假说假说1.1.电子轨道是量子化的电子轨道是量子化的假说假说3:3:频率条件频率条件(跃迁跃迁假说假说)原原子子在在始始、末末两两个个能能级级Em和和En间间跃跃迁迁时时,发发射射(或或吸吸收收)光光子子的的频频率率可可以以由由前前后后能能级的能量差决定级的能量差决定:五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释 玻尔从上述玻尔从上述假设假设出发出发,利用利用库仑定律库仑定律和和牛顿牛顿运动定律运动定律,计算出了氢的电子可能的轨道半径和计算出了氢的电子可能的轨道半径和

12、对应的能量值对应的能量值(能级能级).（n=1、2、3.）氢原子的能级图氢原子的能级图用图表示氢原子各能用图表示氢原子各能级级赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系逢德系逢德系玻尔理论成功解释了玻尔理论成功解释了氢光谱的所有谱线氢光谱的所有谱线五、玻尔理论对氢光谱的解释五、玻尔理论对氢光谱的解释 1.玻尔从上述玻尔从上述假设假设出发出发,利用利用库仑定律库仑定律和和牛顿牛顿运动定律运动定律,计算出了氢的电子可能的轨道半径和计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量值对应的能量值(能级能级).n:电子脱离核束缚氢原子的能级图氢原子的能级图HHHHH可见光光子的能量范围可见光光子

13、的能量范围为为:1.62eV3.11eV2 2.解释气体导电发光与特征谱线解释气体导电发光与特征谱线气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,发生跃迁到激发态,放出光子,最终回到基态.能级分立能量分立分立的亮线各种气体原子的能级不同,跃迁时发射光子的能量各异.特征谱线 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题,但是也有它的局限性.在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律.除了氢原子光谱外,在解决其他问题上遇到了很大的困难.氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释.六、玻耳原子模型的局限性六、玻耳原子模型的局限性无法解释谱线的强度复杂一点的原子,就无法解释它的光谱现象.玻尔修正玻尔理论 建立量子力学必须彻底放弃经典概念,用电子云概念取代经典的轨道概念汤姆孙发现电子a粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型原子不可割汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实氢光谱实验玻尔模型复杂(氦)原子光谱量子力学理论否 定建 立否 定建 立否 定汤姆孙的西瓜模型卢瑟福的核式结构模型建 立修正矛 盾矛 盾矛 盾否 定玻尔模型建 立修正拓展:原子结构的发展简史怎样修改玻耳原子模型呢?思想:必须彻底放弃经典概念关键:用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率 电子云观察与实验所获得的事实建 立 科 学模型提出科学假说