氢原子光谱和玻尔的原子模型（课件）-高二物理.pptx

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1、第第4 4节节 氢原子光谱和玻尔的氢原子光谱和玻尔的原子模型原子模型光谱0101氢原子光谱的实验规律0202经典理论的困难0303玻尔原子理论的基本假设0404玻尔理论对氢光谱的解释0505玻尔理论的局限性0606 绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；少数少数 粒子（约占粒子（约占1/80001/8000）发生了大角度）发生了大角度偏转。偏转。极少数极少数偏转偏转角度甚至大于角度甚至大于9090，也就是说，它们几乎被，也就是说，它们几乎被“撞了回来撞了回来”。复习引入1 1、卢瑟福的、卢瑟福的 粒子散射实验现象是什么？散射实验现

2、象是什么？2 2、卢瑟福所提出的原子核式结构是怎样的？、卢瑟福所提出的原子核式结构是怎样的？（1 1）在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核）在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核（2 2）原子的）原子的全部全部正电荷正电荷和和几乎全部几乎全部质量质量都集中在原子核里都集中在原子核里（3 3）带负电的）带负电的电子电子在核外空间绕着核旋转在核外空间绕着核旋转复习引入1.1.光谱：光谱：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强度分布的记录。度分布的记录。红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝 紫紫早早在在1717世世纪纪，牛牛顿顿就

3、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，实实验验中中得得到到的的彩彩色色光光带带叫做叫做光谱光谱。光谱的分类：光谱的分类：发射光谱和吸收光谱发射光谱和吸收光谱 一、光谱一、光谱连续光谱明线光谱发射光谱由发光体直接产生的光谱（线状谱）实验证明，各种原子发射的光谱都是线状谱，说明原子只能只能发出几种具有本身特征的特定波长特定波长的光。不同原子亮线的位置不同，因此这些亮线称为原子的特特征谱线征谱线。吸收光谱 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，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，某些波长的光某些波长的光被物质吸收后被物质吸收

4、后产生的光谱，叫做吸收光谱。即吸收光谱。即吸收光谱。即吸收光谱。即连续光谱背景上出现的一些暗线。连续光谱背景上出现的一些暗线。2、分类（连续分布，一切波长的光都有）明线谱中的亮线叫谱线，对应不同波长的光明线谱中的亮线叫谱线，对应不同波长的光一、光谱 这表明，低温气体原子吸收的光吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光发出的光。因此同种物质吸收光谱中的暗线吸收光谱中的暗线与它发射光谱中明线发射光谱中明线相对应，也是原子的特征谱线。明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。氢的发射光谱氢的发射光谱3 3 3 3、光谱分析、光谱分析、光谱分析、光谱分析3 3 3 3、光谱分

5、析、光谱分析、光谱分析、光谱分析 由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学成分。这种方法叫做光谱分析。（1）原理：利用发射光谱和吸收光谱。（2）优点：非常灵敏而且迅速。样本中一种元素的含量达到1010-10-10g g时就可以被检测到。（3）应用：发现新元素和研究天体的化学组成。一、光谱Na的发射光谱Na的吸收光谱 氢原子氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单是最简单的原子，其光谱也最简单。从氢气放电管可以获得氢原子光谱。从氢气放电管可以获得氢原子光谱。二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律1.1.氢原子的光谱氢原子的光谱氢原子的谱线氢原子的谱线氢原子

6、的谱线氢原子的谱线在可见光区有四条，在可见光区有四条，在可见光区有四条，在可见光区有四条，每种颜色对应着一种波长。每种颜色对应着一种波长。18851885年，瑞士科学家年，瑞士科学家巴耳末巴耳末巴耳末巴耳末对当时已知的氢原子对当时已知的氢原子在可见光区的在可见光区的4 4条谱条谱线作了分析，发现这些谱线的线作了分析，发现这些谱线的波长波长可以用一个可以用一个公式表示公式表示：2.2.巴耳末公式巴耳末公式每一个n n值分别对应一条谱线；n只能取正整数3，4，5，不能取连续值，反映了原子光谱波长的分立特性（线状光谱）。n n n n的两层含义的两层含义的两层含义的两层含义：氢原子光谱的其他线系氢原

7、子光谱的其他线系莱曼线系 帕邢系帕邢系1890年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式:紫外线区紫外线区红外线区红外线区二、氢原子光谱的实验规律可见光的波长范围：可见光的波长范围：(400nm(400nm760nm)760nm)巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了粒子散射实验，但是，它跟经典电磁理论发生了矛盾。三、经典理论的困难 电子绕核运动电子绕核运动电子绕核运动电子绕核运动时，产生变化的电磁场，将不断向外辐射电磁波，电子的将不断向外辐射电磁波，电子的将不断向外辐射电磁波，电子的将不断向外辐射电磁波，电子的

8、能能能能量不断量不断量不断量不断损失，其轨道损失，其轨道损失，其轨道损失，其轨道半径不断缩小，半径不断缩小，半径不断缩小，半径不断缩小，最最最最终落在原子核上终落在原子核上终落在原子核上终落在原子核上,而使原子变得而使原子变得而使原子变得而使原子变得不稳定不稳定不稳定不稳定经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事实实实实三、经典理论的困难 由由由由于于于于电电电电子子子子轨轨轨轨道道道道的的的的变变变变化化化化是是是是连连连连续续续续的的的的，辐辐辐辐射射射射电电电电磁磁磁磁波波波波的的的的频频频频率率率率等等等等于于于于绕绕绕绕核核核核运运运运动动动动的的的的频频频频率率率率

9、，连续变化，原子光谱应该是连续变化，原子光谱应该是连续变化，原子光谱应该是连续变化，原子光谱应该是连续光谱。连续光谱。连续光谱。连续光谱。经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事实实实实 原子光谱是原子光谱是不连续不连续的的线状谱线状谱三、经典理论的困难为了解决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了自己的原子结构假说。玻尔原子模型玻尔原子理论的三条基本假设假设1：轨道量子化假设2：能量量子化（定态、能级）假设3：频率条件(跃迁假说)在普朗克能量量子化、爱因斯坦光子说、巴耳末简洁公式启发下,发展了卢瑟福的核式结构学说

10、，是半经典半量子的假说四、玻尔原子理论的基本假设玻尔认为，原子中电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。但电子运行轨道的半径不是任意的，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。轨道量轨道量子化子化四、玻尔原子理论的基本假设当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，运动，原子的能量也只能去一系列特定的数值，即能量能量量子化量子化。能级：原子的在各种定态（各轨道上）时的能量值定态：原子具有确定能量的稳定状态 基态：能量最低的状态(电子离核最近)激发态：其他的能量状态几个

11、概念四、玻尔原子理论的基本假设基态基态激激发发态态E41234E1E3E2En轨道与能级相对应原子能级图第第1激发态激发态第第n-1激发态激发态电子轨道图+n=1n=2n=3v1-n=4v2-v3-v4-n=四、玻尔原子理论的基本假设原子的能量与电子所在的轨道相对应n n n n为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。n n n n越大，表示能级越高，越大，表示能级越高，越大，表示能级越高，越大，表示能级越高，电子离核越远。电子离核越远。电子离核越远。电子离核越远。玻尔假定：电子从一种定态轨道（设能量为Em）跃迁到另一种定态（设能量为En）时，它

12、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：h=Em-En(mn)四、玻尔原子理论的基本假设 高能级Em 低能级En 玻玻尔尔提提出出原原子子结结构构假假说说后后，就就想想通通过过实实验验证证明明，寻寻寻寻觅觅觅觅，结结果果就就找找到了到了氢原子氢原子很符合他的模型。很符合他的模型。五、玻尔理论对氢光谱的解释1.氢原子的能级公式和能级图：玻尔玻尔利用库仑力提供向心力，计算出了氢原子的电子可能的轨道半径和原子系统对利用库仑力提供向心力，计算出了氢原子的电子可能的轨道半径和原子系统对应的总能量。应的总能量。(一般取电子离核处无穷远时系统电势能为零一般取电子离核处无穷远时系

13、统电势能为零)（n=1,2,3）r1=0.053 nm（n=1,2,3）=.式中式中式中式中n n n n为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。为正整数，叫做量子数。n n n n越大，表示能级越高，电子离核越远。越大，表示能级越高，电子离核越远。越大，表示能级越高，电子离核越远。越大，表示能级越高，电子离核越远。轨道半径：能级公式：五、玻尔理论对氢光谱的解释氢原子能级图玻尔理论对氢光谱规律的解释通常情况下，原子处于基态，非常稳定。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，

14、最终回到基态。这就是气体导电时发光的机理。巴耳末系巴耳末系玻尔理论不仅玻尔理论不仅成功解释了氢原子的巴耳末系谱线，解释氢原子光谱的不连续性解释氢原子光谱的不连续性,甚至预言了氢原子的甚至预言了氢原子的其他谱线系其他谱线系【例【例1】(多选多选)根据玻尔理论，氢原子中量子数根据玻尔理论，氢原子中量子数n越大，下列说法中正确的是（越大，下列说法中正确的是（）A电子轨道半径越大电子轨道半径越大 B核外电子的速率越大核外电子的速率越大C氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大 D核外电子的电势能越核外电子的电势能越大大ACD【例例2】（】（多选）欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（多选）欲使处

15、于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（）A.用用10.2eV的光子照射；的光子照射；B.用用11eV的光子照射；的光子照射；C.用用11eV的电子碰撞；的电子碰撞；D.用用10eV的的电子碰撞电子碰撞。AC【例3】氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是()A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量C C(1)注意吸收光子能量与吸收实物粒子能量跃迁的条件：吸收光子的能量：只有满足h

16、Em-En ，才能由低能级n 跃迁到高能级m 如果吸收光子能量为h -En，原子电离，核外电子成自由电子 吸收实物粒子的能量：（实物粒子撞击氢原子，使氢原子获得能量。）实物粒子能量（动能）大于或等于两能级之差Em-En 时，氢原子就能由低能级n 向高能级m 跃迁，多余的能量仍为实物粒子动能。(2)电离：电子脱离原子核束缚，成为自由电子 光子能量只要大于等于电离能即可，多的能量转化为自由电子动能。不同能级的电离能不同,如基态的电离能为13.6eV,n=3能级的电离能为1.51eV。2.玻尔理论的几个注意点：(3)注意“一群”氢原子与“一个”氢原子的区别：一群氢原子处于n激发态时，能辐射出的光谱线

17、条数最多为 n(n-1)/2 条.一个氢原子处于n激发态时，能辐射出的光谱线条数最多为（n-1）条.(4)注意直接跃迁与间接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同。(5)氢原子的核外电子轨道半径变化后的原子的能量变化：r变小，电子的动能变大，电子的势能变小，氢原子的总能量变小 r变大，电子的动能变小，电子的势能变大，氢原子的总能量变大2.玻尔理论的几个注意点：将将量子观念量子观念引入原子领域，提出了引入原子领域，提出了定态定态和和跃迁跃迁概念，概念，完美解释完美解释了氢原子光谱的了氢原子光谱的实验规律。实验规

18、律。1.玻尔理论的可取之处2.2.玻尔理论的不足之处玻尔理论的不足之处（1 1）无法解释较复杂原子的光谱。因为玻尔理论）无法解释较复杂原子的光谱。因为玻尔理论保留了保留了“粒子粒子”等等经典概念经典概念和把和把电子的运动仍然看作经典力学下描述的轨道运动电子的运动仍然看作经典力学下描述的轨道运动。（2 2）没有认识到电子的波粒二象性，即电子出现位置是一种几率情况）没有认识到电子的波粒二象性，即电子出现位置是一种几率情况。卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型玻尔原子模型汤姆孙原子模型汤姆孙原子模型电子电子原子核原子核原子核原子核电子电子+近代原子模型近代原子模型原子核原子核六、玻尔模型的局限性

19、 用用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，可以形象地称为可以形象地称为电子云电子云图甲图甲是氢原子处于是氢原子处于 n n1 1 的能级时的电子云；当氢原子的能级时的电子云；当氢原子处于处于 n n2 2 的能级时，它有几个可能的状态，图乙画的是其中一个状态的电子云的能级时，它有几个可能的状态，图乙画的是其中一个状态的电子云对于氢原子，计算表明，玻尔理论中的电子轨道正是电子出现概率最大的地方对于氢原子，计算表明，玻尔理论中的电子轨道正是电子出现概率最大的地方3.实际上，原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的核外整个空间，只是在不同地方出现的概率不同当原子处在不同的能量状态时，电子在各处出现的概率是不一样的。六、玻尔模型的局限性一、光谱：波长成分的记录发射光谱（连续光谱、线状谱）和吸收光谱二、氢原子光谱的实验规律巴耳末公式三、经典理论的困难无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立性特征四、玻尔原子理论的基本假设轨道量子化、能量量子化、跃迁假说五、玻尔理论对氢光谱的解释六、玻尔理论的局限性保留了静电粒子的观念 课堂小结