物理選擇性必修第三冊(cè)第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4 氫原子光譜和玻爾的原子模型完美版ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

把食鹽放在火中灼燒，會(huì)發(fā)出黃色的光。食鹽為什么發(fā)黃光而不發(fā)其他顏色的光呢？
用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(zhǎng)（頻率）展開(kāi)
光譜：光按波長(zhǎng)（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄（有時(shí)只是波長(zhǎng)成分的記錄）。
光譜的分類(lèi)：發(fā)射光譜和吸收光譜。
定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜
產(chǎn)生條件：熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的
光譜的形式：連續(xù)分布（連在一起的光帶），一切波長(zhǎng)的光都有
產(chǎn)生條件：稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光形成的光譜
光譜形式：一些不連續(xù)的明線(xiàn)組成，不同元素的明線(xiàn)光譜不同（又叫特征光譜）
定義：連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜
產(chǎn)生條件：熾熱的白光通過(guò)溫度較白光低的氣體后，再色散形成的
光譜形式：用分光鏡觀察時(shí)，見(jiàn)到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(xiàn)（與特征譜線(xiàn)相對(duì)應(yīng)）——也是原子的特征譜線(xiàn)。
2、各種光譜的特點(diǎn)及成因
光譜中產(chǎn)生的一組暗線(xiàn)，每條暗線(xiàn)的波長(zhǎng)都跟那種氣體原子的特征譜線(xiàn)相對(duì)應(yīng)。
由于每一種元素都有自己的特征譜線(xiàn)，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)成分。這種方法叫做光譜分析。光譜分析法由基爾霍夫開(kāi)創(chuàng)的。
（1）原理：利用發(fā)射光譜和吸收光譜。
（2）優(yōu)點(diǎn)：非常靈敏而且迅速。樣本中一種元素的含量達(dá)到10-10g時(shí)就可以被檢測(cè)到。
（3）應(yīng)用：發(fā)現(xiàn)新元素和研究天體的化學(xué)組成。
原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。
（4）同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線(xiàn)與它明線(xiàn)光譜中的明線(xiàn)相對(duì)應(yīng)，明線(xiàn)光譜和吸收光譜中的譜線(xiàn)都是原子的特征光譜，都可以用于光譜分析。
【例題】(多選)下列關(guān)于光譜的說(shuō)法正確的是(　　)A.連續(xù)光譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產(chǎn)生的光譜，線(xiàn)狀譜是線(xiàn)狀光源產(chǎn)生的光譜B.通過(guò)對(duì)連續(xù)譜的光譜分析，可鑒定物質(zhì)成分C.連續(xù)光譜包括一切波長(zhǎng)的光，線(xiàn)狀譜只包括某些特定波長(zhǎng)的光D.通過(guò)對(duì)線(xiàn)狀譜的明線(xiàn)光譜分析或?qū)ξ展庾V的暗線(xiàn)分析，可鑒定物質(zhì)成分
【例題】(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法正確的是(　　)A.太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是線(xiàn)狀譜B.煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線(xiàn)狀譜C.進(jìn)行光譜分析時(shí),可以用線(xiàn)狀譜,不能用連續(xù)光譜D.我們能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分
氫原子是最簡(jiǎn)單的原子，其光譜也最簡(jiǎn)單。從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜。
氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線(xiàn)
3、可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍： 4.0×10-7m～7.6×10-7m (400nm～760nm)。
1、氫原子在可見(jiàn)光區(qū)有四條譜線(xiàn)。氫原子光譜呈現(xiàn)分立的明線(xiàn)條紋，在可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線(xiàn)間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。
2、氫原子的譜線(xiàn)由不同色亮線(xiàn)組成，每種顏色對(duì)應(yīng)著一種波長(zhǎng)。
巴耳末系波長(zhǎng)公式：
R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值為R∞＝1.10×107 m-1
n＝3，4，5，...
除了巴耳末系，后來(lái)發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線(xiàn)也都滿(mǎn)足與巴耳末公式類(lèi)似的關(guān)系式。
（可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線(xiàn)）
原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)是原子發(fā)光的原因。因此，光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。
【例題】下列說(shuō)法中正確的是(　　)A.巴耳末公式所計(jì)算得出的波長(zhǎng)與氫原子光譜中的波長(zhǎng)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系B.根據(jù)巴耳末公式不僅可以分析氫原子光譜,也可以分析其他原子的發(fā)光光譜C.由巴耳末公式得到的波長(zhǎng)都在可見(jiàn)光波段D.氫原子光譜中有紅外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)和紫外光區(qū)
盧瑟福原子核式模型正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。但是，經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法解釋原子光譜的分立特征。
1、按經(jīng)典物理學(xué)電子繞核旋轉(zhuǎn)，作加速運(yùn)動(dòng)，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事實(shí)上原子是個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。
電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的經(jīng)典圖景
輻射電磁波頻率只是某些確定值
　 2、軌道及轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不斷變化，輻射的電磁波頻率也是連續(xù)的，即原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜。而實(shí)際上看到的是分立的線(xiàn)狀譜。
事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的；原子光譜是線(xiàn)狀譜、分立的。
這些矛盾說(shuō)明盡管經(jīng)典物理學(xué)理論可以很好地應(yīng)用宏觀物休，但它不能解釋原子世界的現(xiàn)象。
【例題】(多選)關(guān)于經(jīng)典電磁理論與氫原子光譜之間的關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．經(jīng)典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B．根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C．根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的D．氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論
玻爾原子理論的基本假設(shè)
普朗克黑體輻射的量子論
玻爾原子理論假設(shè)的基礎(chǔ)
——針對(duì)原子核式結(jié)構(gòu)模型提出
繞核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。
⑵能級(jí)：原子的在各種定態(tài)時(shí)的能量值
⑴定態(tài)：原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)
①基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)
②激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)
——針對(duì)原子的穩(wěn)定性提出
原子的能量與電子所在的軌道相對(duì)應(yīng)
當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子具有不同的能量。
假設(shè)2：能量量子化（定態(tài)、能級(jí)）
⑶電子軌道與原子能級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
——針對(duì)原子光譜是線(xiàn)狀譜提出
電子吸收光子克服庫(kù)侖引力做功，原子能量增加
電子輻射光子，原子能量減少
假設(shè)3：頻率條件(躍遷假說(shuō)）
【例題】關(guān)于玻爾原子理論，下列說(shuō)法中不正確的是(　　)A．繼承了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型，但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B．氫原子核外電子的軌道半徑越大，核外電子動(dòng)能越大C．能級(jí)躍遷吸收(輻射)光子的頻率由兩個(gè)能級(jí)的能量差決定D．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量
【例題】(多選)氫原子吸收一個(gè)光子后，根據(jù)玻爾理論，下列判斷正確的是(　　)A．電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道半徑增大B．電子的動(dòng)能減小C．氫原子的電勢(shì)能增大D．氫原子的能級(jí)減小
玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋
1、電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷（自發(fā)躍遷）
處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，可自發(fā)地經(jīng)過(guò)一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。
由于能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線(xiàn)。
2、電子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷（受激躍遷）
吸收光子的能量必須等于能級(jí)差
處于某個(gè)能級(jí)的電子吸收能量，掙脫原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，叫做電離。電離后自由電子動(dòng)能EK = hv - En
發(fā)射光譜的明線(xiàn)與吸收光譜的暗線(xiàn)頻率相同
電子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷（受激躍遷）：
1）原子的電離:原子由某一定態(tài)軌道躍遷到最高能級(jí)n=∞的過(guò)程。（對(duì)于能量大于或等于13.6eV的光子，氫原子電離，即原子結(jié)構(gòu)被破壞）
電離后電子剩余動(dòng)能為：
要么全被吸收，要么不吸收。
②吸收實(shí)物粒子能量（碰撞、加熱）只要實(shí)物粒子（如微觀粒子中的電子、α粒子等）能量足以使氫原子向高能級(jí)躍遷，就能被氫原子全部吸收或部分吸收而使氫原子向高能級(jí)躍遷，多余能量仍為實(shí)物粒子動(dòng)能（自己保留）。
2）實(shí)物粒子使原子躍遷（n→m） :
實(shí)物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由實(shí)物粒子自己保留。
1）原子的電離:原子由某一定態(tài)軌道躍遷到最高能級(jí)n=∞的過(guò)程。
從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷（自發(fā)躍遷）
從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷（受激躍遷）
【例題】氫原子能級(jí)示意如圖。現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上,下列說(shuō)法正確的是(　????)A.這些原子躍遷過(guò)程中最多可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率低C.從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)需吸收0.66 eV的能量D.n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6 eV的能量
玻爾在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念
同時(shí)又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律
除了氫原子光譜外，在解決其他問(wèn)題上遇到了很大的困難
無(wú)法解釋復(fù)雜一點(diǎn)的原子的光譜現(xiàn)象無(wú)法解釋譜線(xiàn)的強(qiáng)度等
由基爾霍夫開(kāi)創(chuàng)的光譜分析方法對(duì)鑒別化學(xué)元素有著巨大的意義。許多化學(xué)元素，像艷、物、鉈、銅、鎵，都是在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)光語(yǔ)分析發(fā)現(xiàn)的。
光譜分析還為深入原子世界打開(kāi)了道路。近代原子物理學(xué)正是從原子光譜的研究中開(kāi)始的。
(1)少量原子發(fā)出的是線(xiàn)狀譜，大量原子發(fā)出的是連續(xù)譜。(　　)(2)連續(xù)譜一定是大量不同元素共同發(fā)出的光譜。(　　)(3)氫原子光譜有無(wú)數(shù)條分立譜線(xiàn)，其中有四條譜線(xiàn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)。(　　)(4)巴耳末公式能描述整個(gè)氫原子光譜。(　　)(5)電子的軌道半徑不是任意的，只有當(dāng)半徑的大小符合一定條件時(shí)，這樣的軌道才是可能的。(　　)(6)氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是hν＝En－Em(mrb，則此過(guò)程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后，將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷
6、(多選)氫原子各個(gè)能級(jí)的能量如圖所示，大量氫原子由n＝1能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)，在它回到n＝1能級(jí)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(　　)
A.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C.可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75 eVD.可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66 eV
7、(多選)如圖是氫原子的能級(jí)圖，一群氫原子處于n＝3能級(jí)，下列說(shuō)法中正確的是 (　　)
A.這群氫原子躍遷時(shí)能夠發(fā)出3種不同頻率的光子B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2 eVC.從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級(jí)躍遷
8、如圖所示為氫原子能級(jí)圖。大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出不同頻率的光。用這些光照射金屬鈣。已知金屬鈣的逸出功為3.20 eV。能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有(　　)A.2種B.3種C.4種 D.5種
大量的處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),能發(fā)出6種不同頻率的光電子,它們的能量分別是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,可見(jiàn)有三種光電子的能量大于3.20 eV,故能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有三種,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。

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