高二物理选修18.3-4导学案doc.doc

18.3 氢原子光谱 18．4 玻尔的原子模型 教学目标 1、了解光谱的定义和分类； 2、了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； 3、了解经典原子理论的困难。 4、了解玻尔原子理论的主要内容。 5、了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。 教学重点 氢原子光谱的实验规律玻尔原子理论的基本假设。 教学难点 经典理论的困难玻尔理论对氢光谱的解释。 教学过程 任务一 预习导学 1、光谱：从实际观察到的物质发光的发射光谱可分为连续谱和线状谱。 （1）连续谱：连续分布着的包含着从红光到紫光的各种色光的光谱。 产生：是由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的。 （2）线状谱：只含有一些不连续的亮线的光谱，线状谱中的亮线叫谱线。 产生：由稀薄气体或金属蒸气（即处于游离态下的原子）发光而产生的，观察稀薄气体放电用光谱管，观察金属蒸气发光可把含有该金属原子的物质放到煤气灯上燃烧，即可使它们汽化后发光。 2、光谱分析 各种元素的原子都有自己的特征谱线，如果在某种物质的线状谱或吸收谱中出现了若干种元素的特征谱线，表明该物质中含有这种元素的成分，这种对物质进行化学组成的分析和鉴别的方法称为光谱分析。 其优点：灵敏、快捷、检查的最低量是10－10克。 3、氢原子光谱的实验规律 氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。 （1）氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图18－3－1所示，氢原子的光谱为线状谱。 （2）巴耳末公式：? n ＝ 3，4，5… 4、经典理论的困难 按经典理论原子是不稳定的，原子发光的光谱应为连续光谱，事实原子不但稳定而且发光的光谱为线状光谱。 （1）按照经典物理学，核外电子受到原子核的库仑引力的作用，不可能是静止的，它一定在以一定的速度绕核转动，既然电子在运动，它的电磁场就在变化，而变化的电磁场会激发电磁波，也就是说，它将自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去，因此，电子绕核转动这个系统是不稳定的，电子会失去能量，最后一头栽到原子核上，但是事实不是这样，原子是个很稳定的系统。 （2）根据经典电磁理论，电子辐射的电磁波的频率，就是它绕核转动的频率，电子越转能量越小，它离原子核就越来越近，转得也就越来越快，这种变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射的各种频率（波长）的光，即原子的光谱应该总是连续的，而实际上我们看到的是分立的线状谱。 5、玻尔模型 玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫做轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。 将以上内容进行归纳，玻尔理论有三个要点： （1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。 （2）原子从一种定态（能量为E1）跃迁到另一定态（能量为E2）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv＝E2－E1。 可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象称为跃迁。 （3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的，轨道半径rn＝n2r1、原子的定态．（n=1，2，3，……） 6、能级 在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的，这些能量值叫做能级。 各状态的标号1、2、3……叫做量子数，通常用n表示，能量最低的状态叫做基态，其他状态叫做激发态，基态和各激发态的能量分别用E1、E2、E3…代表。 （1）氢原子的能级及玻尔对氢光谱的解释 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高，我们把原子电离后的能量记为0，则其他状态下的能量值就是负的。 （2）能级图 氢原子的能级图如图18－4－1所示 7、光子的发射和吸收 （1）能级的跃迁 根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种，其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。 （2）光子的发射 原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级Em和En（mn）间跃迁时发射光子的频率可由下式表示： hv＝Em－En 由上式可以看出，能级差越大，放出光子的频率就越高