人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性4 氢原子光谱和玻尔的原子模型图片ppt课件

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玻尔原子理论的基本假设
玻尔理论对氢光谱的解释
把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？
光谱：光按波长（频率）和强度分布的记录（有时只是波长成分的记录）。
用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开
光谱的分类：发射光谱和吸收光谱。
定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
分类：连续光谱和明线光谱。
光谱是连在一起的,一切波长的光都有（如炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱）
一些不连续的明线的光谱，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光（如稀薄气体、金属的蒸气或原子的发射光谱）
②线状光谱：(原子光谱）
a.定义：由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续光谱。
c.产生：炽热的固体、液体及高压气体发射的光谱是连续光谱（如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱）。
b.特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的彩色光带。 即连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱。
a.定义：只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。也叫线状（光）谱。
c.产生：明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。
b.特点：明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
d.特征谱线：实验证明，各种原子发射的光谱都是线状谱。说明原子只能发出几种具有本身特征的特定频率的光，不同原子亮线的位置不同，因此这些亮线称为原子的特征谱线。
烟花中的绚烂的色彩从哪里来？
① 定义：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。即连续光谱背景上出现的一些暗线。
②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中的一条明线相对应。实验表明，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线与发射光谱中明线相对应，也是原子的特征谱线。
③太阳的光谱是吸收光谱。
光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子的特征谱线相对应。
钠 的 吸 收 光 谱
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。光谱分析法由基尔霍夫开创的。
（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10-10g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。
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。
（4）同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，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。
定义：由发光体直接产生的光谱
产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的
光谱的形式：连续分布（连在一起的光带），一切波长的光都有
产生条件：稀薄气体或金属蒸气发光形成的光谱
光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）——也是原子的特征谱线。
【例题1】(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是(　　)A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱,选项B正确。
1、(多选)下列关于光谱的说法正确的是(　　)A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分
2、利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法正确的是(　　)A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。从氢气放电管可以获得氢原子光谱。
氢原子在可见光区的四条谱线
3、可见光的波长范围： 4.0×10-7m～7.6×10-7m (400nm～760nm)。
1、氢原子在可见光区有四条谱线。氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。
2、氢原子的谱线由不同色亮线组成，每种颜色对应着一种波长。
巴耳末系波长公式：
R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m-1
n＝3，4，5，...
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
（可见光区的四条谱线）
原子内部电子的运动是原子发光的原因。因此，光谱是探索原子结构的一条重要途径。
n＝2，3，4，...
n＝4，5，6，...
n＝5，6，7，...
n＝6，7，8，...
【例题2】下列说法中正确的是(　　)A.巴耳末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系B.根据巴耳末公式不仅可以分析氢原子光谱,也可以分析其他原子的发光光谱C.由巴耳末公式得到的波长都在可见光波段D.氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区
巴耳末公式只能描述氢原子光谱中的一个线系,不能确定氢原子光谱中所有谱线对应的波长,A错误;根据巴耳末公式只能分析氢原子光谱,不能分析其他原子的发光光谱,B错误;巴耳末线系包括可见光区和部分紫外光区,C错误;氢原子光谱中有可见光区、红外光区和紫外光区,D正确。
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α粒子散射实验。但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。
1、按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事实上原子是个稳定的系统。
电子绕核转动的经典图景
辐射电磁波频率只是某些确定值
　 2、轨道及转动频率不断变化，辐射的电磁波频率也是连续的， 即原子光谱应是连续的光谱。而实际上看到的是分立的线状谱。
事实上：原子是稳定的；原子光谱是线状谱、分立的。
这些矛盾说明尽管经典物理学理论可以很好地应用宏观物休，但它不能解释原子世界的现象。
玻尔原子理论假设的基础
普朗克黑体辐射的量子论
——针对原子核式结构模型提出
绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。
原子的能量En：核外电子绕原子核运动时动能Ekn 原子所具有的电势能Epn的总和
可与万有引力“高轨低速大周期，大机大势小引力”类比
电子沿不同的圆形轨道绕核运动时原子有相对应的不同的确定的能量状态
假设2：能量量子化（定态、能级）
⑵能级：原子的在各种定态时的能量值
⑴定态：原子具有确定能量的稳定状态
①基态：能量最低的状态(离核最近)
②激发态：其他的能量状态
——针对原子的稳定性提出
原子的能量与电子所在的轨道相对应
当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。
⑶电子轨道与原子能级的对应关系
假设3：频率条件(跃迁假说）
——针对原子光谱是线状谱提出
电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加
电子辐射光子，原子能量减少
频率条件:（辐射条件）
1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。
由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
吸收光子的能量必须等于能级差
处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK = hv - En
发射光谱的明线与吸收光谱的暗线频率相同
电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）：
1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。（对于能量大于或等于13.6eV的光子，氢原子电离，即原子结构被破坏）
电离后电子剩余动能为：
要么全被吸收，要么不吸收。
②吸收实物粒子能量（碰撞、加热） 只要实物粒子（如微观粒子中的电子、α粒子等）能量足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子动能（自己保留）。
2）实物粒子使原子跃迁（n→m） :
实物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由实物粒子自己保留。
1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。
从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
【检测1】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
【检测2】(多选)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（ ）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
【检测3】一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子(　　)A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少
【检测4】（多选）欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）用10.2eV的光子照射； 用11eV的光子照射；用11eV的电子碰撞； 用10.2eV的电子碰撞。
玻尔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
无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释谱线的强度等
2、原子结构理论的发展过程
原子稳定性事实氢光谱实验
观察与实验所获得的事实
建 立 科 学模型提出科学假说
彻底放弃经典概念，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
由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。许多化学元素，像艳、物、铊、铜、镓，都是在实验室里通过光语分析发现的。
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。
【例题3】根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )A.当氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝EnB.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不同，故A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误.
【例题4】如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20 eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有(　 　)A.2种B.3种C.4种 D.5种
大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子,它们的能量分别是E1=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV,E3=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,E4=-1.51 eV-(-3.40 eV)=1.89 eV,E5=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,E6=-3.40 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,可见有三种光电子的能量大于3.20 eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。
1、(多选)氢原子各个能级的能量如图所示，大量氢原子由n＝1能级跃迁到n＝4能级，在它回到n＝1能级过程中，下列说法中正确的是(　 　)
A.可能激发出频率不同的光子只有6种B.可能激发出频率不同的光子只有3种C.可能激发出的光子的最大能量为12.75 eVD.可能激发出的光子的最大能量为0.66 eV
2、(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是 (　　)
A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光子B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVC.从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
4、氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法正确的是(　　)A.核外电子受力变小B.原子的能量减少，电子的动能增加C.氢原子要吸收一定频率的光子D.氢原子要放出一定频率的光子
3、一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子 (　　)A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少
6、(多选)关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是(　　)A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论
5、根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则(　　)A.电子轨道半径越小 B.核外电子运动速度越大C.原子能量越大 D.电势能越小