氢原子光谱与玻尔的原子模型

1、氢原子光谱与玻尔氢原子光谱与玻尔的原子模型的原子模型1、汤姆生通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。、汤姆生通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。2、卢瑟福根据、卢瑟福根据粒子散射实验得出了原子的核式结构模型。粒子散射实验得出了原子的核式结构模型。氢 原 子 光 谱早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光通过三世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象棱镜后的色散现象光谱，光谱，全称是光学频谱，是复色光通过色散全称是光学频谱，是复色光通过色散系统（如光栅、棱镜）进行分光后，系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光依照光的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图的波长（或频率）的大小顺次排列形

2、成的图案案。 一、一、什么是光谱？什么是光谱？ 连续分布连续分布的包含有从红光到紫的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热炽热的固体、液体和高压气体的固体、液体和高压气体的发射光谱是的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。谱。 连续光谱连续光谱：是否所有物质发的光都是这样的光谱？是否所有物质发的光都是这样的光谱？连续光谱：连续光谱：观察氢原子的光谱实验：观察氢原子的光谱实验：1.装置：装置：高压发生器高压发生器23kv氢气光谱管氢气光谱管分光

3、镜分光镜2、氢气发光时的光谱、氢气发光时的光谱氢原子光谱有什么特点？氢原子光谱有什么特点？思考与讨论思考与讨论明线光谱：明线光谱：只含有一些只含有一些不连续的亮线不连续的亮线的光谱叫做明线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也光谱。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。实践证明，原子不同，发射的明线光叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有

4、本身特征的某些波谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。2、氢气发光时的光谱、氢气发光时的光谱光谱特点：光谱特点：1.不连续，只是些不连续，只是些亮线亮线组成组成2.不同色，每种颜色对应着一种波长不同色，每种颜色对应着一种波长3.不等距，相邻两种光的波长间距不相同不等距，相邻两种光的波长间距不相同发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。1.发射光谱：发射光谱：2.吸收光谱：吸收光谱：成因：

5、成因：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切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，波长的光）通过物质时，某些波长某些波长的光的光被物质吸收被物质吸收后产后产生的光谱，叫做吸收光谱。生的光谱，叫做吸收光谱。特点：特点：在连续光谱上在连续光谱上缺失了某些成份的光缺失了某些成份的光3.发射光谱与吸收光谱的对应关系：发射光谱与吸收光谱的对应关系：二、二、光谱分类光谱分类各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体低温气体原子吸收的光，

6、恰好就是这种原子在高温时发出的光原子吸收的光，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谱线，也是原子的特征谱线。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。太阳的光谱是吸收光谱。4.光谱分析及应用光谱分析及应用 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可由于每种原子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的物质的化学组以根据光谱来鉴别物质和确定的物质的化学组成。这种方法叫做光谱分析。成。这种方法叫做光谱分析。（1）检测半导体材料硅和锗等的纯度）检测半导体材料硅和锗等的纯度 （2）发现新元素）发现新元素 （3）利用光谱分析可以研究天体的物质成分）利用光谱

7、分析可以研究天体的物质成分 （4）利用光谱分析可以研究原子结构）利用光谱分析可以研究原子结构 关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是 ( )A日光灯产生的光谱是连续光谱日光灯产生的光谱是连续光谱 B太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素应的元素C我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份 D连续光谱是不能用来作光谱分析的连续光谱是不能用来作光谱分析的D氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。红红绿绿三、三、氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的

8、实验规律巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴耳末公式巴耳末公式1氢原子光谱的其他线系氢原子光谱的其他线系莱曼线系莱曼线系 221111nR,4 ,32，n红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢系帕邢系221311nR,6 ,5 ,4n布喇开系布喇开系221411nR，7 ,6 ,5n普丰特系普丰特系221511nR， 87 ,6n 19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾著名的 粒子散射实验四、四、经典的电磁理论的困

9、难经典的电磁理论的困难 按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化 事实上，原子是稳定的，辐射电磁波的频率也只是某些确定的值四、四、经典的电磁理论的困难经典的电磁理论的困难 人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线玻尔的原子模型1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这些现象叫做轨道量子化；2、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，

10、因此这些状态是稳定的；3、原子在不同的状态之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。1913年玻尔提出了自己的原子结构假说玻玻尔尔五、五、玻尔的原子结构假说玻尔的原子结构假说玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设能量量子化假设：能量量子化假设：原子原子只能处于一系列只能处于一系列不连续的能量状态中不连续的能量状态中，在这些状态中原，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量不向外辐射能量。这些状态叫。这些状态叫定态定态现象：现象：氢原子光谱是分立氢原子光谱是分立(线状线状)的，原子是稳定的的，原子是稳定的.设想：设想：原子内部的能量也是

11、不连续的。原子内部的能量也是不连续的。F1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：出假设：玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设能级的跃迁假设能级的跃迁假设: : 当原子从一种定态跃迁道另一当原子从一种定态跃迁道另一种定态时，它要发射种定态时，它要发射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子.光光子的能量由这两个定态的能量差决定，即子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv= E初初- - E末末hvEnEmhvEmEn光子的发射和吸收轨道量子化假设：轨道量子

12、化假设：原子的不同能量状态跟电子沿原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的能量状不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。不连续的。基态：基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。这个最低能级对应的定态称为基态。激发态：激发态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较当电子受到外界激发时，可从基态迁到较 高的能级高的能级E2，E3上，这些能级对应的定态上，这些能级对应的定态 称为激发态。称为激发态。 处

13、于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。能量等于两能级间的能量差。氢原子的能级氢原子的能级能级：原子的各个定态的能量值就叫做它的能级能级：原子的各个定态的能量值就叫做它的能级基态：基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。这个最低能级对应的定态称为基态。激发态：激发

14、态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较当电子受到外界激发时，可从基态迁到较 高的能级高的能级E2，E3上，这些能级对应的定态上，这些能级对应的定态 称为激发态。称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。级间的能量差。1E1n2n3n4n2E3E4E 原子在始、末两个能级Em和En（ EmEn ）间跃迁时发射光子的频率可

15、以由下式决定：光子的发射和吸收nmEEh 玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量氢原子能级12rnrn121EnEn3 , 2 , 1n六、六、玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解释0eV10 .2eV12 .1eV12 .8eV吸吸收收能能量量放放出出能能量量氢原子能级结构氢原子能级结构-3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0 eV-13.6eV赖曼系赖曼系普丰德系普丰德系布喇开系布喇开系帕邢系帕邢系巴耳末巴耳末例题：用例题：用12.75eV的光子照射一群基态的氢原子。的光子照射一群基态的氢原子。(1)试确定试确定氢原

16、子所能达到的能级；氢原子所能达到的能级； (2) 所处能级自发地向较低的能级所处能级自发地向较低的能级跃迁的过程中，最多可放出多少条频率不同的光谱线？跃迁的过程中，最多可放出多少条频率不同的光谱线？解：（解：（1）eVEEn85.075.12121nEEn485. 06 .131nEEnn=4n=1n=2n=4n=3eVnEE85. 046 .132214（2）6条条氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中的轨道过程中 ( ) A A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量

17、增大电势能增大，原子的能量增大 B B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小电势能减小，原子的能量也减小 C C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大电势能减小，原子的能量增大 D D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加电势能增大，原子的能量增加D夫兰克夫兰克赫兹实验赫兹实验历史背景及意义历史背景及意义:1911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。出了原子

18、核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独

19、立的实验方法的验证。的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。子理论提供了有力的证据。夫夫兰克兰克赫兹实验（赫兹实验（19141914）实验实验装置装置K K极极G G极极电压电压V VG G极极加反向电压加反向电压P P极极热阴极热阴极栅极栅极VAKGP接受极接受极电

20、子在其中的运动简单描述电子在其中的运动简单描述: :从热阴极从热阴极K K发出发出, ,经经U UGKGK电场加速运动到栅极电场加速运动到栅极G G；由于接受极电压小于栅极电压，电子在由于接受极电压小于栅极电压，电子在GPGP过程中将减速；过程中将减速；只有到只有到G G极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场U UPGPG到达接到达接受极板受极板P P，从而才可能通过回路，形成电流。，从而才可能通过回路，形成电流。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。（1 1）调节）调节U UGKGK两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）两端电