1、第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 4氢原子光谱和玻尔的原子模型 1.了解光谱、线状谱、连续谱、特征谱线等概念。 2.知道氢原子光谱的实验规律 3.了解能级、频率条件以及基态、激发态等概念。知道玻尔原子理论基本假设。 4.能应用玻尔的原子理论解释氢原子光谱。 5.了解玻尔模型的不足之处及其原因。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.定义 用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得波长(频率)和强 度分布的记录,即光谱。 2.分类 (1)线状谱:有些光谱是一条条的亮线,叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱。 (2)连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是
2、连在一起的光带,叫 作连续谱。 1 | 光谱 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 3.特征谱线 气体中中性原子的发光光谱都是线状谱,说明原子只发出几种特定频率的 光。不同原子的亮线位置不同,说明不同原子的发光频率是不一样的,因 此,这些亮线称为原子的特征谱线。 4.光谱分析 (1)概念:利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方 法称为光谱分析。 (2)优点:灵敏度高。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 2 | 氢原子光谱的实验规律 经典理论的困难 1.氢原子光谱的实验规律 (1)光谱研究的意义 许多情况下,光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱是探索
3、原子结构 的一条重要途径。 (2)氢原子的光谱:光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。 (3)巴耳末公式:=R(n=3,4,5,),式中R叫作里德伯常量,式中的n只能取 整数,它确定的这一组谱线称为巴耳末系。巴耳末公式以简洁的形式反映 了氢原子的线状光谱的特征。 2.经典理论的困难 (1)经典电磁理论认为:核外电子绕核运动应该辐射出电磁波,电子的能量减少,轨道 1 22 11 - 2n 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 半径也应减小。由此判断,电子绕核转动这个系统应是不稳定的。但事实并非如 此,原子是个很稳定的系统。 (2)经典电磁理论认为:电子辐射电磁波的频率就是它绕
4、核转动的频率。随着电子 绕核运动轨道半径的不断变化,电子运动的频率也要不断变化,因此原子辐射电磁 波的频率也要不断变化。这样,大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连 续光谱。然而,事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的分立的线状 谱。 (3)经典物理学可以很好地应用于宏观物体,但不能解释原子世界的 现象。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.轨道量子化与定态 (1)玻尔原子模型:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动, 服从经典力学的规律。但不同的是,电子绕核运动的轨道是量子化的。电 子在这些轨道上绕核的运动是稳定的,不产生电磁辐射。 (2)定态:电子只能在特
5、定轨道上运动,原子的能量也只能取一系列特定的值。这些 量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为 定态。能量最低的状态叫作基态,其他的状态叫作激发态。 2.频率条件 当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道 (能量记为Em,mn)时,会放出能量为h的光子(h是普朗克常量),这个光子的 能量由前后两个能级的能量差决定,即h=En-Em,这个式子称为频率条件,又 3 | 玻尔原子理论的基本假设 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 称辐射条件。反之,当电子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高 的定态轨道,吸收的光子的能量同样由频率
6、条件决定。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.解释巴耳末公式 (1)玻尔的频率条件告诉我们,原子从E3跃迁到E2时,辐射的光子的能量为h= E3-E2。 (2)巴耳末公式中的正整数n和2,正好代表电子跃迁之前和之后所处的定态轨 道的量子数n和2。并且理论上计算的和实验测量的里德伯常量符合得很 好。 2.解释氢原子光谱的不连续性 (1)气体导电时发光的机理:气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可 能向上跃迁到激发态。处于激发态的原子是不稳定的,会自发地向 能量较低的能级跃迁,放出光子,最终回到基态。 4 | 玻尔理论对氢光谱的解释 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动
7、的基本概念 (2)发射光谱是分立的亮线的原因:原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子 的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的,所以放出的光 子的能量也是分立的。因此,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 (3)由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此辐射(或吸收)的光 子频率也不相同。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.成功之处 玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁 的概念,成功解释了氢原子光谱的实验规律。 2.局限性 玻尔理论的不足之处在于保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经 典力学
8、描述下的轨道运动。玻尔理论无法解释复杂一点的原子的光谱现 象。玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律。 3.电子云 根据量子力学,原子中电子的坐标没有确定的值。我们只能说某时刻电子 在某点附近单位体积内出现的概率是多少,而不能把电子的运动看成一个 5 | 玻尔理论的局限性 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 具有确定坐标的质点的轨道运动。当原子处于不同的状态时,电子在各处出现的 概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率,画出 图来就像云雾一样,人们形象地把它叫作电子云。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.各种原子的发射光谱都是连续谱。()
9、 提示:各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几种特定频率的光。 2.不同原子的发光频率是不一样的。() 提示:不同原子的特征谱线不一样。 3.利用线状谱和连续谱都可以鉴别物质和确定物质的组成成分。() 提示:可以利用特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。 4.由巴耳末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱。() 提示:巴耳末公式中的n取整数。 判断正误，正确的画“ ” ，错误的画“ ” 。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 5.玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。() 6.电子吸收某种满足频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。 () 提示:电子从较低的能量
10、态跃迁到较高的能量态要吸收满足频率条件的光子。 7.电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。() 提示:电子只能吸收满足频率条件的光子发生跃迁。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 | 氢原子能级和能级跃迁的理解 情境从玻尔的基本假设出发,运用经典电磁学和经典力学的理论,可以计算氢原 子中电子的可能轨道半径及相应的能量。能级公式为En=,式中n称为量子数,不 同的轨道对应不同的n值,量子数n越大,表示能级越高;基态取n=1,且E1=-13.6eV;激 发态n=2,3,4,由能级公式可求得各激发态的能量值,氢原子的能级图如图所示。 1 2 E n 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本
11、概念 问题 1.氢原子处于什么能级状态稳定,处于什么能级状态不稳定? 提示:氢原子处于基态时稳定,处于激发态时不稳定。 2.氢原子能级与电子的轨道半径具有怎样的对应关系? 提示:轨道半径大,氢原子能级高,轨道半径小,氢原子能级低。 3.若一个氢原子处于n=4的能级,它最多能辐射出几种频率的光子? 提示:3种。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 内容和规律 跃迁实质跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道,对应着原子从一个能量态(定态)跃迁到 另一个能量态(定态) 跃迁能量来源(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,其光子的能量必须等于两能级的能量差, 否则不被吸收; (2)原子若是吸收外
12、来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,实物粒子的动能 可全部或部分地被原子吸收,原子就可能发生能级跃迁 发光频率(1)处于激发态的原子是不稳定的,可能直接跃迁到基态,也可能先跃迁到其他低 能级的激发态,然后再到基态; (2)一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可能辐射出的光谱线条数为N= ; (3)一个处于量子数为n的激发态的氢原子,发光频率数目最多为(n-1) 氢原子的能级跃迁氢原子的能级跃迁 2 n C n(n-1) 2 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 原子的电离原子的电离 若入射光子的能量大于原子的电离能,如处于基态的氢原子的电离能为13.6eV,则 原子也会被激发跃迁,这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子,光子能量大 于电离能的部分成为自由电子的动能。
