3　氢原子光谱ppt课件教学实录

第35讲 原子结构

能级

教学目标

1. 知道原子光谱为什么是一些分立的值．知道原子光谱的一些应用．

2. 知道原子光谱为什么是一些分立的值．知道原子光谱的一些应用．

重点：卢瑟福α粒子散射实验的现象和所说明的问题，玻尔理论

难点：α粒子散射实验，对原子发光现象解释，

知识梳理

一、原子光谱

1. 光谱:按一定次序排列的彩色光带. ⑴发射光谱:由发光物体直接产生的光谱叫做发射光谱。

连续光谱：炽热的固体、液体及高压气体的，由波长连续分布的光组成的光谱．例如电灯灯丝发出的光，炽热钢水发出的光。

明线光谱：稀薄气体发光，产生一些不连续的亮线组成的光谱．把固态或液态物质放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以得到它们的明线光谱．明线光谱是由游离状态的原子发出的，也叫原子光谱．每种元素的原子只能发出某些具有特定波长的光谱线,这些谱线叫做那种元素的特征谱线.

⑵吸收光谱: 每种气体都从通过它的白光中吸收跟它的特征谱线波长相同的那些光，使白光的连续光谱中出现暗线．连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱．

白光通过每一种气体时，光谱中都会产生一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子的一条特征谱线相对应．

吸收光谱中的暗线也是原子的特征谱线.只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的要少一些．

2. 玻尔理论解释氢原子光谱

某种稀薄气体尽管元素成分较单一，但各原子分别处于不同的能量状态．它们由高能级向低能级的跃迁会出现多种可能，每一种可能对应发出某一频率的光子．而这些可能又由对应的能级差决定．能级是不连续的，能级差也是不连续的，所以导致原子光谱的亮线是不连续的．

3. 光谱分析

由于每种元素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它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．

做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．

铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而发现的．

太阳经大气层时产生的吸收光谱．

二、玻尔模型

1. 玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻尔补充三条假设

定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量. 。(本假设是针对原子稳定性提出的)

跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定) (本假设针对线状谱提出) 能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即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,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的) (针对原子核式模型提出，是能级假设的补充) n

E/eV

∞

0 2. 光子的发射与吸收(特别注意跃迁条件):原子发生定态跃迁时,4

-0.85 要辐射(吸收)一定频率的光子:hf＝E初-E末

3

2-10（1）轨道量子化rn=nr1

r1=0.53×10m E2 -1.51 （2）能量量子化：EnE1 E1=-13.6eV 2n2

-3.4 E3 （3）原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν=Em-En

1

-13.6 3. 从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时氢原子的能级图

可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。

4. 玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。

22氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:En=E1/n，rn=nr1，

－10其中E1=－13.6eV, r1=5.3×10m, (大量)处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式共有nC=n (n－1)/2种

E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2； (有规律可依) E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31 氢原子在n能级的动能、势能，总能量的关系是：EP=－2EK，E=EK+EP=－EK。(类似于卫星模型) 由高能级到低能级时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增加量的2倍，故总能量(负值)降低。

注：1. 原子从低能级向高能级的跃迁：

当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足hE2E1的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.（电离除外，比如光子能量为14eV的光子照射基态氢原子，会使基态的氢原子电离，电离后电子还具有14eV-13.6eV=0.6eV的初动能.）

当电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，即可使原子受激发而向较高能级跃迁. 2. 原子从高能级向低能级的跃迁：

当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为n(n-1)/2；

当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为（n-1），若氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线

2E1

题型讲解

（1）氢原子的能级如下图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，下列说法错误的是(

)

A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应

C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光

D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光

【解析】处于n＝3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51 eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E≥3.11 eV，故A正确．

由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n＝3能级跃迁时，发出光子的能量E≤1.51 eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量．由E＝hν知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确．

由能级跃迁理论知，n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确．

由能级跃迁理论知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66 eV(4→3)，2.55 eV(4→2),12.75 eV(4→1),1.89 eV(3→2),12.09 eV(3→1)，10.2 eV(2→1)，所以只有3→2和4→2跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误．

【答案】D (n－1)n点评：①原子由定态n(n≥2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为2．

②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．

③原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值．

④计算时应注意：因一般取

∞ 远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位

1 eV＝1.6×10－19 J．

2. 关于氢原子跃迁时产生谱线的数目、光子能量、光子波长的计算

用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行规测，发现光谱线的数目原来增加了5条.用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图1可以判断，△n和E的可能值为

A. △n＝1，13.22cV＜E＜13.32cV B. △n＝2，13.22eV＜E＜13.32eV C. △n＝1，12.75cV＜E＜13.06cV D. △n＝2，12.75cV＜E＜13.06cV 【解析】当量子数为n时，产生的光子频率的个数为n(n-1)/2，可以列出下面的表格：

N 1 2 3 4 5 6 7 N(n-1)/2 0 1 3 6 10 15 21 由表格中可以发现光谱线的数目比原来增加了5条所对应的量子数为n=2和n=4；n=6和n=5，经检验，其他的量子数不存在光谱线的数目比原来增加了5条这一情况. 显然，对于量子数为n=6和n=5，△n＝1，调高后电子的能量E大于E5-E1=13.22eV，而小于E7-E1=13.32eV，故A正确. 同理，对于量子数为n=4和n=2，△n＝2，调高后电子的能量E大于E4-E1=12.75eV，而小于E5-E1=13.06eV，故D正确

【答案】AD