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氫原子光譜和波爾的原子模型人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊）第四章

原子結構和波粒二象性目錄素養目標01課程導入02新課講解03總結歸納04課堂練習05正確教育素養目標1.了解光譜、連續譜和線狀譜等概念。知道氫原子光譜的實驗規律

2.知道經典理論的困難在于無法解釋原子的穩定性和光譜的分立特性3.了解玻爾原子理論的基本假設的主要內容。能用玻爾原子理論解釋氫原子能級圖及光譜4.認識玻爾的原子理論和盧瑟福的核式結構模型之間的繼承和發展關系。了解玻爾模型的不足之處及其原因

把食鹽放在火中灼燒，會發出黃色的光。食鹽為什么發黃光而不發生其他顏色的光呢？正確教育光譜1.光譜：用棱鏡或光柵可以把物質發出的光按波長展開，獲得波長和強度分布的記錄，即光譜。早在17世紀，牛頓就發現了日光通過三棱鏡后的色散現象紅橙黃綠青藍

紫

2.光譜的分類：發射光譜和吸收光譜

①連續譜：由連續分布的一切波長的光組成的光譜叫做連續譜。熾熱的固體、液體及高壓氣體的光譜是連續譜。例如：白熾燈絲發出的光、燭焰、熾熱的鋼水發出的光都形成連續譜。②線狀譜：只含有一些不連續的亮線的光譜叫線狀譜。線狀譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發射光譜是線狀譜。線狀譜是由游離狀態的原子發射的，所以也叫原子光譜。太陽光譜連續光譜H的發射光譜

Na的輻射光譜Na的吸收光譜3.原子的特征譜線：每種原子只能發出具有本身特征的特定頻率（或波長）的光，不同原子亮線的位置不同，這些亮線稱為原子的特征譜線。（線狀譜和吸收光譜都是原子的特征譜線）4.光譜分析：利用原子的特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分。其優點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10?13kg時就可以被檢測到。正確教育氫原子光譜的實驗規律

許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的，因此光譜是探索原子結構的一條重要途徑。氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。氫氣發光時的光譜1885年，瑞士科學及巴爾末對當時已知的氫原子在可見光區的四條譜線觀察氫原子的光譜實驗氫氣光譜管分光鏡電源高壓感應線圈光譜管中稀薄氣體的分子在強電場的作用下會電離，成為自由移動的正負電荷，于是氣體變成導體，導電時會發光。1.巴耳末系：可見光區四條譜線公式2.說明2）n只能取整數.1）里德伯常數R∞=1.10×10-7m-14）氫光譜在紅外和紫外區的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。3）意義：以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜的特征。其他譜線萊曼線系

紅外區有三個線系帕邢系布喇開系普豐德系紫外線區n=2，3，4…n=4，5，6…n=5，6，7…n=6，7，8…正確教育經典理論的困難經典理論的困難核外電子繞核運動輻射電磁波電子軌道半徑連續變小原子不穩定事實上：原子是穩定的經典理論無法解釋原子的穩定性和光譜的分立性（變化的電磁場）輻射電磁波頻率連續變化，連續光譜輻射電磁波頻率只是某些確定值正確教育波爾原子理論的基本假設普朗克黑體輻射的量子論愛因斯坦的光量子論波爾原子結構假說：軌道量子化能量量子化躍遷假說1.軌道量子化②電子在軌道繞核轉動是穩定的，不產生電磁輻射軌道量子化：+rnvn=1n=2n=3-①繞核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值氫原子：rn=n2r1,n=1、2、3r1=0.053nm2.定態（能量量子化）

當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態，于是就具有不同的能量。①能級：各軌道上量子化的能量②定態：原子中具有確定能量的穩定狀態基態：能量最低的狀態(離核最近)激發態：其他的能量狀態氫原子：E1=-13.6eVn=1、2、3n=1n=2n=3E3E1E2基激激3.頻率條件原子系統的變化只能是從一個穩定態，完全躍遷到另一個穩定態。低能級（Em）電子吸收光子克服庫侖引力做功，原子能量增加高能級（En）電子輻射光子，原子能量減少hv=En-Em(n>m)1.處于能級的氫原子，向能級躍遷時()A.吸收光子，能量減少

B.吸收光子，能量增加C.放出光子，能量減少

D.放出光子，能量增加經典例題B答案：B解析：根據波爾原子理論可知處于

n=1能級的氫原子，向

n=3能級躍遷時吸收光子，能量增加。故選B。正確教育波爾理論對氫光譜的解釋1.驗證巴爾末公式

根據波爾理論，氫原子核外只有一個電子，它繞原子核做圓周運動，軌道半徑和能量都是分立的。+-hv=E3-E2

因此，巴耳末公式代表的應該是電子從量子數分別為n=3，4，5，…的能級向量子數為2的能級躍遷時發出的光譜線。氫原子的能級圖激發態基態∞n５２３-3.4４-1.51-0.85-0.540eVE/eV１-13.6賴曼系玻爾理論還能很好地解釋甚至預言氫原子其他譜線系巴

耳

末

系帕邢系布

喇

開

系普

豐

德

系巴耳末系n=1n=2n=3n=4n=5n=6

巴耳末公式中的正整數n和2正好代表電子躍遷之前和躍遷之后所處的定態軌道的量子數n和2。解釋氣體導電發光與特征譜線氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，發生躍遷到激發態，放出光子，最終回到基態。能級分立→能量分立→分立的亮線各種氣體原子的能級不同，躍遷時發射光子的能量各異。→特征譜線2.如圖所示為氫原子能級示意圖，一群處于

n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，下列說法正確的是()A.躍遷過程中最多可輻射出4種頻率的光子B.從n=4能級躍遷到n=2能級的氫原子能量增大C.從n=4能級躍遷到n=1能級輻射出的光子波長最長D.有三種頻率的光子可使逸出功為4.54eV的金屬發生光電效應經典例題D答案：D解析：A.一群處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可輻射出

種頻率的光子，A錯誤；B.從n=4能級躍遷到n=2能級時向外輻射光子，氫原子能量減小，B錯誤；C.從n=4能級躍遷到n=1能級輻射出的光子能量最大，根據

可知，能量越大的光子，波長越短，C錯誤；正確教育波爾理論的局限性1）成功之處：保留過多的經典理論，不能解釋稍微復雜一點的原子光譜.

電子在確定的軌道上運動，實際上電子的坐標沒有確定的值，只能說某時刻電子在某點附近單位體積內出現的概率是多少。例如：2）局限：電子云：如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現的概率，畫出圖來像云霧一樣，可以形象地把它稱做電子云。修正波爾理論必須徹底放棄經典概念，用電子云概念取代經典的軌道概念→建立量子力學光譜分析

由基爾霍夫開創的光譜分析方法對鑒別化學元素有著巨大的意義。許多化學元素，像艷、物、鉈、銅、鎵，都是在實驗室里通過光語分析發現的。

光譜分析還為深入原子世界打開了道路。近代原子物理學正是從原子光譜的研究中開始的。氫原子光譜和玻爾的原子模型氫原子光譜光譜線狀譜連續譜特征譜線光譜分析氫原子光譜實驗規律無法解釋原子的穩定及光譜的不連續問題經典理論困難玻爾的氫原子模型玻爾理論的基本假設軌道假設能級假設躍遷假設對氫原子光譜的解釋玻爾理論的困難在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到

n=2能級發出的譜線屬于巴爾末系。若一群氫原子自發躍遷時發出的譜線中只有兩條屬于巴爾末系，則這群氫原子自發躍遷時最多可能發出多少條不同頻率的譜線()A.2 B.5 C.4 D.6D答案：D解析：氫原子光譜中只有兩條巴耳末系，說明是由n=3，n=4軌道躍遷到n=2軌道形成的，故電子所處的最高能級為n=4的能級上，當這群氫原子自發躍遷時會從n=4的能級直接向n=3，n=2，n=1的能級躍遷，躍遷到n=3能級的會直接向n=2，n=1的能級上躍遷，躍遷到n=2能級上的會躍遷到的n=1能級上，故最多能發出6種不同頻率的譜線。故選D。根據玻爾原子理論，一個氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級，該氫原子()A.放出光子，庫侖力做正功

B.放出光子，庫侖力做負功C.吸收光子，庫侖力做負功

D.吸收光子，庫侖力做正功A答案：A解析：氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級，即從高能級向低能級躍遷，釋放光子，能量減少，從高能級向低能級躍遷，庫侖力做正功。故選A。氫原子鐘是利用氫原子能級躍遷時輻射出來的電磁波去控制和校準的石英鐘。氫原子能級示意圖如圖所示，下列說法正確的是()A.玻爾理論認為電子的軌道半徑是連續的B.玻爾理論能很好地解釋各種復雜原子的光譜C.大量處于n=3能級的氫原子可以輻射出3種不同頻率的光D.氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級需要吸收能量C答案：C解析：A.玻爾理論