新教材高中物理第4章原子结构第3节光谱与氢原子光谱第4节玻尔原子模型教师用书鲁科版选择性必修第三册.docVIP

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第3节光谱与氢原子光谱

第4节玻尔原子模型

[核心素养·明目标]

核心素养

学习目标

物理观念

知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态，激发态等概念和相关的试验规律。

科学思维

驾驭氢原子光谱的试验规律和氢原子能级图，理解理论的局限性与不足，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的实力。

科学探究

通过对氢原子光谱试验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究实力。

科学看法与责任

学会用事实说话，坚持实事求是的科学看法，体验科学家的艰辛，激发探究科学规律的热忱。

学问点一光谱与氢原子光谱

1．不同的光谱

(1)光谱：复色光通过棱镜或光栅后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小依次排列的图案，称为光谱。

(2)光谱的类型

①连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱称为连续光谱。

②线状光谱：有些光谱不是连续的，而是由一条条的亮线组成，这种光谱称为线状光谱。

③放射光谱：物体自身发光形成的光谱称为放射光谱，放射光谱又分为连续光谱和线状光谱。

④汲取光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光被该种物质汲取后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱称为汲取光谱。

(3)光谱分析

原子的放射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的特征谱线。每种原子都有独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的化学组成，这种方法称为光谱分析。

2．氢原子光谱

(1)氢原子光谱的特点

①Hα～Hδ的这几个波长数值构成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物里肯定含有氢。

②从长波到短波，Hα～Hδ两相邻光谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。

(2)巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3，4，5…)其中R叫作里德伯常量，其值为R＝1.09677581×107m－1。

说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。

1：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)各种原子的放射光谱都是连续谱。 (×)

(2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。 (×)

(3)巴耳末公式在氢光谱的红外和紫外光区也是适用的。 (×)

(4)在巴耳末公式中，n越大，氢光谱的波长越长。 (×)

学问点二玻尔原子模型

1．玻尔原子模型

(1)卢瑟福原子核式结构模型遇到的困难

卢瑟福的原子核式结构模型不能说明原子的稳定性和原子光谱的不连续性。

(2)玻尔原子模型

①轨道定态

原子核外的电子只能在一些分立的特定轨道上绕核运动；电子在这些轨道上运动时，原子具有肯定能量，其数值也是分立的，电子的轨道和原子的能量都是量子化的。电子虽然做圆周运动，但不向外辐射能量，处于稳定的状态，电子处于分立轨道的这些状态称为定态。

③频率条件

当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，原子会辐射光子。反之，当汲取光子时，电子会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道。辐射(或汲取)的光子的能量hν由两个定态的能量差确定，即该光子的能量应满意频率条件：hν＝Em－En(mn)。

2．氢原子的能级结构、说明氢原子光谱

(1)氢原子的能级结构

①能级：在玻尔的原子模型中，原子只能处于一系列不连续的能量状态。在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值称为能级。

②氢原子在不同能级上的能量值为：En＝eq\f(1,n2)E1(E1＝－13.6eV，n＝1，2，3，…)；相应的电子轨道半径为：rn＝n2r1(r1＝0.53×10－10m，n＝1，2，3，…)。

③基态和激发态：在正常状态下，原子处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态称为基态。电子汲取能量后，原子从低能级跃迁到高能级，这时原子的状态称为激发态。

(2)玻尔理论对氢光谱的说明

①氢原子能级跃迁示意图(由高能级向低能级跃迁)

②对巴耳末公式的说明

由玻尔理论可知，激发到高能级Em的电子跃迁到低能级En，辐射出的光子的能量为hν＝Em－En＝eq\f(E1,m2)－eq\f(E1,n2)，即ν＝－eq\f(E1,h)(eq\f(1,n2)－eq\f(1,m2))，此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一样。当n＝2，m＝3，4，5，6，…时，这个式子与巴耳末公式一样。电子从更高的能级跃迁到n＝2的能级，可得氢原子巴耳末系的光谱线。

3．玻尔理论的局限性

(1)胜利之处

玻尔理论冲破了经典物理中能量连续变更的束缚，说明了原子结构和氢原子光谱的关系。引入了普朗克的量子化概念