第四章　4　第2课时　玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁

DISIZHANG第四章4第2课时玻尔理论对氢光谱的解释

氢原子能级跃迁1.能用玻尔理论解释氢原子光谱，了解玻尔理论的不足之处和原因(重点)。2.进一步加深对玻尔理论的理解，会计算原子跃迁过程中吸收或放出光子的能量(重难点)。3.知道使氢原子电离的方式并能进行有关计算(难点)。

学习目标一、玻尔理论对氢光谱的解释二、能级跃迁的几种情况课时对点练三、玻尔理论的局限性

内容索引玻尔理论对氢光谱的解释一

1.氢原子能级图(如图所示)3.解释巴耳末公式巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的

的量子数n和2。定态轨道4.解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，非常稳定。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到

，处于激发态的原子是

的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出

，最终回到基态。5.解释氢原子光谱的不连续性原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于____________

，由于原子的能级是

的，所以放出的光子的能量也是_____的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。激发态不稳定光子前后两个能级之差分立分立6.解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，

各不相同，因此辐射(或吸收)的

也不相同。能级光子频率(1)如果大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，最多辐射出多少种不同频率的光？思考与讨论

(2)如果大量处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射出多少种不同频率的光？思考与讨论

例1√√√

(2024·贵港市月考)城市夜景因绽放的霓虹灯变得多姿多彩。霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.64~3.11eV，若一群氢原子处于n=5能级，则下列说法正确的是

例2A.这群氢原子自发跃迁时能辐射出4种不同频率的光B.氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级释放的光子波长

最长C.氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中发出的光

为可见光D.这群氢原子自发跃迁时能辐射出3种不同频率的可见光√

这群氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的能量是2.86

eV，从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的能量为2.55

eV，从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的能量是1.89

eV，这三个属于可见光，其他的不属于，D正确。

如图所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是A.处于基态的氢原子吸收能量为11.0eV的光子后能跃迁至n=2能级B.大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出8种不同频率的光C.若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射某金属时恰好发生光电效应，

则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电

效应D.用n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV例3√

处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为E=E4-E1=-0.85

eV-(-13.6

eV)=12.75

eV，根据爱因斯坦光电效应方程知，用该光照射逸出功为6.34

eV的金属铂，产生的光电子的最大初动能为Ek=E-W0=12.75

eV-6.34

eV=6.41

eV，故D正确。返回能级跃迁的几种情况二1.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n+1能级时能量不足，则可激发到n能级的情况。(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如：自由电子)的能量而被激发，实物粒子的能量可以全部或部分传递给电子。2.一个氢原子跃迁的可能情况例如：一个氢原子最初处于n=4激发态，它向低能级跃迁时，有4种可能情况，如图，情形Ⅰ中只有一种频率的光子，其他情形为：情形Ⅱ中两种，情形Ⅲ中两种，情形Ⅳ中三种。注意：上述四种情形中只能出现一种，不可能两种或多种情形同时存在。3.电离(1)电离：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。(2)电离能是氢原子从某一状态跃迁到n=∞时所需吸收的能量，其数值等于氢原子处于各定态时的能级值的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6eV，氢原子处于n=2激发态时的电离能为3.4eV。(3)电离条件：光子的能量大于或等于氢原子的电离能。入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。

(2024·宿迁市高二期末)氢原子钟是一种精密的计时器，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，每一千万年的误差不超过1秒。已知可见光的光子能量范围为1.6~3.1eV，下列说法正确的是A.用12.65eV的电子撞击基态氢原子，不能使其跃迁

到激发态B.用12.65eV的光子照射基态氢原子，可以使其跃迁到激发态C.一群处于n=3激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出2种不同

频率的光子D.用强红光和弱红光去照射处于n=3激发态的氢原子，均可以使其电离例4√

强红光和弱红光的光子能量一样，处于n=3激发态的氢原子的能量值为-1.51

eV，而可见光的光子能量范围为1.6~3.1

eV，吸收红光光子能量后能量值大于零，故用强红光和弱红光去照射处于n=3激发态的氢原子，均可以使其电离，故D正确。返回玻尔理论的局限性三1.成功之处玻尔的原子理论第一次将

引入原子领域，提出了__________的概念，成功解释了

光谱的实验规律。2.局限性保留了

的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的

运动。3.电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置附近单位体积内出现

的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像

一样分布在原子核周围，故称

。量子观念定态和跃迁氢原子经典粒子轨道概率云雾电子云返回课时对点练四1.关于电子云，下列说法正确的是A.电子云是真实存在的实体B.电子云周围的小黑圆点就是电子的真实位置C.电子云上的小黑圆点表示的是电子的概率分布D.电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道123456789101112基础对点练13√123456789101112由电子云的定义可知，电子云上的小黑圆点表示的是电子的概率分布，小黑圆点的疏密代表电子在这一位置出现的概率大小，因此电子云不是真实存在的实体，小黑圆点也不是电子的真实位置，故C正确，A、B错误；电子云说明电子在绕原子核运动时没有固定轨道，故D错误。132.(2024·扬州市模拟)氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量在1.64~3.11eV之间。处在n=2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子属于电磁波谱中的A.红外线 B.红光C.紫外线 D.紫光12345678910111213√123456789101112处在n=2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子能量为E=-3.4

eV-(-13.6)eV=10.2

eV，大于可见光光子能量，所以处在n=2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子属于电磁波谱中的紫外线。133.(2024·宜宾市模拟)如图为氢原子6种可能的跃迁，对它们发出的光，下列说法正确的是

A.a光的波长最长B.c光的频率最小C.f光的光子能量最大D.b、d光的光子能量之和大于e光的光子能量12345678910111213√12345678910111213

4.如图所示是氢原子的能级图，若一群氢原子处于n=3能级，下列说法正确的是A.从n=3能级跃迁到n=1能级时放出的光子的波长最长B.这群氢原子放出的光子中，能量最大为10.2eVC.这群氢原子跃迁时能够放出3种不同频率的光子D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁12345678910111213√123456789101112氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时放出的光子的能量最大，频率最高，波长最短，故A错误；这群氢原子放出的光子中，能量最大为E=E3-E1=12.09

eV，故B错误；13

5.氢原子的能级如图所示，现处于n=4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是

A.这些氢原子可能发出6种不同频率的光B.氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级辐射的

光子能量最小C.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射的光子波长最短D.已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的

光子可以从金属钾的表面打出光电子12345678910111213√12345678910111213

6.(2022·重庆卷)如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76~3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为A.10.20eV B.12.09eVC.12.75eV D.13.06eV12345678910111213√123456789101112由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知氢原子从n=4能级向低能级跃迁可辐射蓝光(即从n=4跃迁到n=2辐射蓝光)，不辐射紫光，则需激发氢原子到n=4能级，则激发氢原子的光子能量为ΔE=E4-E1=12.75

eV，故选C。137.(多选)一群处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，只向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，下列说法正确的是A.被氢原子吸收的光子的能量为hν1B.被氢原子吸收的光子的能量为hν2C.被氢原子吸收的光子的能量为hν3D.三种光子的频率之间的关系为ν1=ν2+ν312345678910111213√√123456789101112氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子，说明氢原子从基态跃迁到了n=3能级，在n=3能级不稳定，又向低能级跃迁，发出光子(如图所示)，其中从n=3能级跃迁到n=1能级的光子能量最大，为hν1，从n=2能级跃迁到n=1能级的光子能量比从n=3能级跃迁到n=2能级的光子能量大，由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hν1的光子，且满足关系式hν1=hν2+hν3，即ν1=ν2+ν3，故A、D正确，B、C错误。138.北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制并校准石英钟的。图为氢原子能级图，则下列说法正确的是12345678910111213A.氢原子从n=1能级向n=2能级跃迁时辐射电子B.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，形成的线状光谱有两条亮线C.大量处于n=4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的光子能量

为0.66eVD.用多个能量为3.6eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离√123456789101112氢原子从n=1能级向n=2能级跃迁时需要吸收光子，故A错误；一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，形成的线状光谱有三条亮线，故B错误；大量处于n=4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的光子是从4→3跃迁时辐射出的，则其能量为ΔE=E4-E3=0.66

eV，故C正确；用多个能量为3.6

eV的光子照射处于基态的氢原子，3.6

eV<13.6

eV，可知能量为3.6

eV的光子不可以使氢原子电离，故D错误。139.氢原子的能级图如图所示，如果大量氢原子处在基态，则下列说法正确的是12345678910111213能力综合练A.由于氢原子只吸收特定能量的光子，所以能量为12.5eV的光子不会被基态氢原子吸收B.由于氢原子只吸收特定能量的光子，故动能为12.5eV的电子的能量不会被基态原子吸收C.能量为14eV的光子不会被基态氢原子吸收D.动能为14eV的电子不会被基态氢原子吸收√123456789101112根据玻尔的理论，氢原子吸收光子可以从低能级跃迁至高能级，光子的能量恰好等于两能级差，如果不等于，则光子不能被吸收，基态与第三能级的能级差为12.09

eV，与第四能级的能级差为12.75

eV，所以12.5

eV的光子不会被吸收，故A正确；氢原子被外来自由电子撞击俘获能量被激发，电子能量为12.5

eV，氢原子最高可跃迁到第三能级，剩余能量可以以动能形式存在，所以可以被吸收，故B错误；13123456789101112当光子的能量大于13.6

eV时，氢原子吸收光子后发生电离，多余的能量作为脱离氢原子后电子的动能，因此可以被吸收，故C错误；动能为14

eV的电子最高可以使氢原子电离，因此可以被吸收，故D错误。13

12345678910111213√123456789101112

13

12345678910111213√123456789101112

13123456789101112

1312.(2023·绵阳市高二期末)假设处在同一激发态的氢原子向各较低能级跃迁的概率相同。现有1200个处在量子数为4能级的氢原子，最