人教版（2019）高中物理选修三第四章第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型 教学课件PPT

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册氢原子光谱和玻尔的原子模型教学课件ppt，共30页。PPT课件主要包含了光谱的分类，1发射光谱，①连续谱，整个光谱区域都是亮的，②线状谱，是一条条分立的亮线，霓虹灯发出的光，2吸收光谱，光谱分析，灵敏度高等内容，欢迎下载使用。
思考：不同元素的火焰颜色为什么不同呢？
科学研究发现不同元素发光时的频率成分构成都是不同的。研究原子的发光情况成为探索原子结构的重要手段之一。
牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现象并把实验中得到的彩色光带叫做光谱
用光栅或棱镜把光按波长分开，获得光的波长(频率)和强度（有时候只记录波长成分）分布的记录。
物体发光直接产生的光谱
由连续分布的一切波长的光组成
炽热的固体、液体及高压气体的光谱
白炽灯丝发出的光烛焰炽热的钢水
只含有一些不连续的亮线的光谱，线状谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。
稀薄气体或金属的蒸汽的发射光谱，线状光谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱
各种原子的发射光谱都是线状光谱， 说明原子只发出几种特定频率的光。
不同原子的亮线位置（谱线）不同，说明不同原子的发光频率不同。
线状光谱的谱线被称为原子的特征谱线。
高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过低温物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。
光谱区域存在一条条暗线
规律：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（线状光谱）中的一条明线相对应。
由于每种原子都有自己的特征谱线，利用原子的特征谱线鉴别物质和确定物质的组成成分。
样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。
光是原子内部电子的运动产生的，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。
基尔霍夫开创的光谱分析方法对鉴别化学元素有着巨大的意义。
像铯、铷、铊、铟、镓，都是在实验室里通过光谱分析发现的。
当天文学家将光谱分析方法应用于恒星时，证明了宇宙中物质构成的统一性。
弗朗和费用光栅代替棱镜作为分光装置得到更精细的太阳光谱。
基尔霍夫断定，太阳光谱中的夫琅禾费暗线就是各种物质的特征谱线。
与已知元素的光谱相比较，知道太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。
阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素就会吸收它自己特征谱线的光，然后在向四面八方发射，所以到达地球的这些谱线看起来就弱了，这样就形成了明亮背景下的暗线。我们称之为弗朗和费暗线。
玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离,成为自由移动的正负电荷,于是气体变成导体,导电时会发光。
1885年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的4条谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表示。
里德伯常量：R=1.10×107m-1
每一个n值分别对应一条谱线。
n只能取正整数2、3…,不能取连续值, 反映了原子光谱波长的分立特性。
辐射电磁波的频率连续变化
原子光谱是线状谱——分立的
1.卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核 的存在,很好的解释了粒子的散射实验。
2.用经典电磁理论无法解释核式结构的原子的 稳定性,也无法解释原子光谱的分立特征。
从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于微观现象。
核式结构模型还不完善。
建立更科学的原子结构模型
氢原子光谱分析说明：核式结构模型还不完善。从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于微观现象。
丹麦物理学家、哥本哈根学派创始人、丹麦皇家科学院院士，1922年诺贝尔物理学奖得主。 有人问为什么能吸引那么多科学家来他身边工作时，他说：“因为我不怕在青年面前暴露自已的愚蠢”. 爱因斯坦说：“作为一个科学的思想家，玻尔具有那么惊人的吸引力，在于他具有大胆和谦逊两种品德难得的结合”.
⑴新原子理论必须满足的要求
能解释原子的稳定性和原子的分立谱线；
不同于经典理论，应表达成假设或原理。
保留已经取得的成功之处，摒弃或改变困惑之处;能解释已知的所有事实。
⑵如何保证原子的稳定性
⑶如何得到原子的分立谱线
2.玻尔原子理论的基本假设
电子在这些轨道上的绕核运动是稳定的，不产生电磁辐射。
⑵定态假设——解决原子稳定性问题
基态：能量最低的定态（电子离核最近）
②能级：原子在不同状态下量子化 的能量值
①定态：原子中具有确定能量的稳定态
电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量。 原子的能量是量子化的。
⑶跃迁假设——解决光谱的分立性问题
①跃迁：电子从能量较高的定态轨道（Em）跃迁到 能量较低的定态轨道（En），会辐射出能 量为hυ的光子。
电子轨道是分立的量子化的原子的能量是量子化的
原子中具有确定能量的稳定态能量最低的为基态，其他定态为激发态
玻尔从上述三条假设出发，利用库仑力提供向心力，计算出了氢的电子可能的轨道半径和原子系统对应的总能量。
一般取电子离核处无穷远时系统电势能为零，其他状态下的势能值都是负值。
⑴从低能级向高能级跃迁（受激）
光子能量大于或等于电离能都能吸收，多余能量作为电子电离后的动能
电离能指电子脱离原子核束缚而电离所需的最小能量
光子能量恰好等于两个能级的差值
只要粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子吸收其全部或部分动能而向高能级跃迁
③单个氢原子的跃迁只有一种可能
②大量原子的核外电子跃迁时有各种可能情况出现
④对于量子数为n的一群氢原子，向较低的激发态或 基态跃迁时，可能产生的谱线条数为
⑵从高能级向低能级跃迁（辐射）
第一个将量子化概念用到了原子结构中，成功的解释了氢原子光谱。为量子力学奠定了基础，打开了微观物理学的大门。
无法解释除氢原子外的光谱。保留了经典粒子的观点，把电子运动看做经典力学描述下的轨道运动。
例1.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能 量变化的说法中，正确的是（ ） A. 电子的动能变大，电势能变大，系统总能量变大 B .电子的动能变小，电势能变小，系统总能量变小 C .电子的动能变小，电势能变大，系统总能量不变 D .电子的动能变小，电势能变大，系统总能量变大
注意： 电子的轨道半径越大，电子绕核运动的线速度越小，电子动能越小，整个原子系统的电势能越大，原子能级越高，总能量越大。
例2.(多选)如图所示为氢原子的能级图，若用能量为12.75eV的光子去照射大量处于基 态的氢原子，则（ ） A.氢原子能从基态跃迁到n=4的激发态上去 B.氢原子能从基态跃迁到n=3的激发态上去 C.氢原子最多能发射3种波长不同的光 D.氢原子最多能发射6种波长不同的光
注意： 1.原子跃迁时吸收或发射的光子频率hυ=Em-En 2.原子向低能级跃迁时辐射的光子种类数为Cn2
例3.(多选)如图所示为氢原子的能级图，欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的 措施是（ ） A .用 10.2 eV 的光子照射 B .用 11eV 的光子照射 C .用 14eV 的光子照射 D .用 11eV 的电子碰撞
注意： 1、原子吸收光子跃迁时只能吸收hυ=Em-En的光子。 2、原子吸收光子被电离时吸收光子的能量hυ≥E∞-En，多余能量变成脱离原子核束缚的电子的动能。 3、其他粒子碰撞原子是原子激发时，原子可以只吸收粒子的部分能量。
例4.(多选) 如图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量 处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为v1、v2 、v3、v4 、v5 和v6的光，且频率依次增大，则 E 等于 ( ) A．h(v1 ＋v2 ) B．h(v5 ＋v6) C．hv3 D．hv4