1、4氢原子光谱和玻尔的原子模型氢原子光谱和玻尔的原子模型 学习目标：学习目标：1物理观念物理观念知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的 内容内容， 了解能级了解能级、 能级跃迁能级跃迁、 能量量子化能量量子化、 基态基态、 激发态等概念和相关的实验规律激发态等概念和相关的实验规律。 2.科科 学思维学思维掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图，理解理论的局限性与不足理解理论的局限性与不足，能用能用 原子能级图分析、推理、计算原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。提高解决问题的能力。3.科学探
2、究科学探究通过对氢原子光通过对氢原子光 谱实验规律的探究及玻尔理论的理解谱实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揭示物理现象的科学本质， 提高探究能力提高探究能力。 4.科科 学态度与责任学态度与责任学会用事实说话学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛体验科学家的艰辛，激发激发 探索科学规律的热情。探索科学规律的热情。 阅读本节教材阅读本节教材，回答第回答第 84 页页“问题问题”并梳理必要的知识点并梳理必要的知识点。 教材教材 P84“问题问题”提示：提示：每种原子都有自己的特征谱线每种原子都有自己的特征谱线，食盐钠原子能发出黄色频食
3、盐钠原子能发出黄色频 率的光线。率的光线。 一、光谱及氢原子光谱的实验规律一、光谱及氢原子光谱的实验规律 1光谱光谱 (1)定义：定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长波长(频率频率)展开展开，获得获得波长波长(频率频率)和和 强度分布的记录强度分布的记录，即光谱即光谱。 (2)分类分类 1线状谱：有些光谱是一条条的 线状谱：有些光谱是一条条的亮线亮线，叫作谱线叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱这样的光谱叫作线状谱。 2连续谱 连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的而是连在一起的光带光带，叫作连叫作连 续谱续
4、谱。 3特征谱线 特征谱线 气体中中性原子的发射光谱都是气体中中性原子的发射光谱都是线状谱线状谱，且不同原子的亮线位置且不同原子的亮线位置不同不同，故这些亮线故这些亮线 称为原子的称为原子的特征特征谱线谱线。 (4)光谱分析光谱分析 1定义：利用原子的 定义：利用原子的特征谱线特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分来鉴别物质和确定物质的组成成分。 2优点：灵敏度高 优点：灵敏度高。 说明：说明：同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。 2氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难 (1)氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实
5、验规律 1巴耳末公式 巴耳末公式 1 R 1 22 1 n2n3，4，5， 2意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的 意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱线状光谱的特征的特征。 (2)经典理论的困难经典理论的困难 (1)用经典电磁理论在解释原子的用经典电磁理论在解释原子的稳定性稳定性时遇到了困难时遇到了困难。 (2)用经典电磁理论在解释原子光谱是用经典电磁理论在解释原子光谱是分立分立的线状谱时遇到了困难的线状谱时遇到了困难。 说明：说明：氢原子光谱是线状谱氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。只有一系列特定波长的光。 二、玻尔原子理论的基本假设二、玻尔原子理论的基本假设
6、 1玻尔原子模型玻尔原子模型 (1)原子中的电子在原子中的电子在库仑库仑力的作用下力的作用下，绕绕原子核原子核做圆周运动做圆周运动。 (2)电子绕核运动的轨道是电子绕核运动的轨道是量子化量子化的的。 (3)电子在这些轨道上绕核的转动是电子在这些轨道上绕核的转动是稳定稳定的的，且不产生且不产生电磁辐射电磁辐射。 2定态定态 当电子在不同轨道上运动时当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有原子在不同的状态中具有不同不同 的能量的能量，即原子的能量是即原子的能量是量子化量子化的的，这些量子化的能量值叫作这些量子化的能量值叫作能级能级，原子具有确定能量原子
7、具有确定能量 的稳定状态的稳定状态，称为称为定态定态。能量最低的状态叫作能量最低的状态叫作基态基态，其他的能量状态叫作其他的能量状态叫作激发态激发态。 3跃迁跃迁 当电子从能量较高的定态轨道当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为其能量记为 En)跃迁跃迁到能量较低的定态轨道到能量较低的定态轨道(其能量其能量 记为记为 Em，nm)时时，会会放出放出能量为能量为 h的光子的光子，该光子的能量该光子的能量 hEnEm，这个式子被这个式子被 称为称为频率频率条件条件，又称又称辐射辐射条件条件。 三、玻尔理论对氢原子光谱的解释三、玻尔理论对氢原子光谱的解释 1玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解
8、释 (1)解释巴耳末公式解释巴耳末公式 按照玻尔理论按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为 hEnEm。 巴耳末公式中的正整巴耳末公式中的正整数数n和和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道定态轨道的量的量 子数子数 n 和和 2。并且理论上的计算和实验测量的并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量里德伯常量符合得很好符合得很好。 (2)解释氢原子光谱的不连续性解释氢原子光谱的不连续性 原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差两个能级
9、之差， 由于原子由于原子 的能级是的能级是分立分立的的，所以放出的光子的能量也是所以放出的光子的能量也是分立分立的的，因此原子的发射光谱只有一些分因此原子的发射光谱只有一些分 立的亮线立的亮线。 2玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性 (1)成功之处成功之处 玻尔理论第一次将玻尔理论第一次将量子观念量子观念引入原子领域引入原子领域，提出了提出了定态和跃迁定态和跃迁的概念的概念，成功解释了成功解释了 氢原子氢原子光谱的实验规律光谱的实验规律。 (2)局限性局限性 保留了保留了经典粒子经典粒子的观念的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道轨道运动运动。 (3
10、)电子云电子云 原子中的电子没有确定的坐标值原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现我们只能描述电子在某个位置出现概率概率的多少的多少， 把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像这种图像就像云雾云雾一样分布在原子核周一样分布在原子核周 围围，故称故称电子云电子云。 说明说明：电子从能量较高的定态轨道电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子会放出光子；反反 之会吸收光子。之会吸收光子。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“” “”) (1)各种原子的发射
11、光谱都是连续谱各种原子的发射光谱都是连续谱。() (2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。() (3)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的原因氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的原因。() (4)玻尔理论能成功的解释氢光谱玻尔理论能成功的解释氢光谱。() 2(多选多选)对原子光谱对原子光谱，下列说法正确的是下列说法正确的是() A原子光谱是不连续的原子光谱是不连续的 B原子光谱是连续的原子光谱是连续的 C由于原子都是由原子核和电子组成的由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的所以各种原子的原子光谱是相同的 D各种原子的原子结构不同各种原子的原
12、子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同所以各种原子的原子光谱也不相同 AD原子光谱为线状谱原子光谱为线状谱，A 正确正确，B 错误；各种原子都有自己的特征谱线错误；各种原子都有自己的特征谱线，故故 C 错误错误，D 正确。正确。 3(多选多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( ) A原子处在具有一定能量的定态中原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量但不向外辐射能量 B原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨而电子的可能轨 道
13、的分布是不连续的道的分布是不连续的 C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射辐射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子 D电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 ABCA、B、C 三项都是玻尔提出来的假设三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能其核心是原子定态概念的引入与能 量跃迁学说的提出量跃迁学说的提出，也就是也就是“量子化量子化”的概念的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时原子的不同能量状态与电子绕核运动时 不同的圆轨道相对应不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子
14、化概念的结合是经典理论与量子化概念的结合。原子辐射的能量与电子在某一原子辐射的能量与电子在某一 可能轨道上绕核的运动无关可能轨道上绕核的运动无关，A、B、C 正确。正确。 光谱及氢原子光谱的规律光谱及氢原子光谱的规律 由于各种元素的原子结构不同由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己特征的光谱在光源的作用下都可以产生自己特征的光谱。如果如果 一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素就证明该样品中有这几种元素。 光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，
15、精度、灵敏度高精度、灵敏度高，且不需纯样品且不需纯样品， 只需利用已知谱图只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。如图甲所示为即可进行光谱定性分析。如图甲所示为 a、b、c、d 四种元素的线四种元素的线 状谱状谱，图乙是某矿物的线状谱。图乙是某矿物的线状谱。 试探究：试探究：(1)通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？ (2)请说出你的依据请说出你的依据。 提示：提示：(1)b 元素、元素、d 元素。元素。 (2)依据依据：由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b 元素和元素和 d 元素的谱线元素
16、的谱线 在该线状谱中不存在。在该线状谱中不存在。 1光谱的分类光谱的分类 2光谱分析光谱分析 (1)优点：灵敏度高优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达分析物质的最低含量达 10 10 g。 (2)应用应用：应用光谱分析发现新元素应用光谱分析发现新元素。鉴别物体的物质成分鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时研究太阳光谱时 发现了太阳中存在钠发现了太阳中存在钠、镁镁、铜铜、锌锌、镍等金属元素镍等金属元素。应用光谱分析鉴定食品优劣应用光谱分析鉴定食品优劣。 3巴耳末公式巴耳末公式 (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1 R 1 22
17、1 n2，n3， 4，5，该公式称为巴耳末公式该公式称为巴耳末公式。 (2)公式中只能取公式中只能取 n3 的整数的整数，不能连续取值不能连续取值，波长是分立的值波长是分立的值。 4其他谱线其他谱线 除了巴耳末系除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式也都满足与巴耳末公式 类似的关系式类似的关系式。 【例【例 1】氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为() A5 9 B4 9 C7 9 D2 9 思路点拨：思路点拨：由由1 R 1 22 1 n2，n3，4，5知知，n3 时波长时波
18、长最长最长，当当 n时波时波 长最短。长最短。 A由巴耳末公式由巴耳末公式1 R 1 22 1 n2，n3，4，5得得，当当 n时时，波长最小波长最小，最小最小 波长波长1满足满足 1 1 R 1 22， ，当当 n3 时时，波长最大波长最大，最大波长最大波长2满足满足 1 2 R 1 22 1 32，联立解联立解 得得1 2 5 9， ，选项选项 A 正确。正确。 巴耳末公式的两点提醒巴耳末公式的两点提醒 (1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。不能描述其他原子。 (2)公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的公式是在对可见光的四条谱线
19、分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用。在紫外光区的谱线也适用。 跟进训练跟进训练 1关于光谱和光谱分析关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱 B霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱 C进行光谱分析时进行光谱分析时，可以利用线状谱可以利用线状谱，也可以利用连续谱也可以利用连续谱 D观察月亮光谱观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成可以确定月亮的化学组成 B太阳光谱是吸收光谱太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光而月亮反射太阳光，也是吸收光谱也是吸收光谱，
20、煤气灯火焰中钠蒸煤气灯火焰中钠蒸 气产生的光谱属稀薄气体发光气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱是线状谱。由于月亮反射太阳光由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮其光谱无法确定月亮 的化学组成的化学组成，B 正确。正确。 2(多选多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1 R 1 22 1 n2，n3， 4，5，对此对此，下列说法正确的是下列说法正确的是() A巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴
21、耳末公式巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式 D巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性， ，其波长的分立值并不是人为规定其波长的分立值并不是人为规定 的的 CD巴耳末是利用当时已知的巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的四条谱线作了分析总结出的巴耳末在可见光区的四条谱线作了分析总结出的巴耳末 公式公式，并不是依据核式结构理论总结出来的并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性， 也就是氢原子实际只会发出若干特定频率的光也就是氢原子实际只会发出若干特定频率的光，由此可知由此可知，选项选项 C、D 正
22、确。正确。 玻尔原子理论的基本假设玻尔原子理论的基本假设 玻尔原子模型中提出了三条假设玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁。其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁。 试探究：试探究：(1)跃迁与电离有什么区别？跃迁与电离有什么区别？ (2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？跃迁与电离对光子的能量有什么要求？ 提示：提示：(1)跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子而电离则是指原子 核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程。核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程。 (
23、2)原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件，而只要大于电离能的任何光子而只要大于电离能的任何光子 的能量都能被吸收。的能量都能被吸收。 1轨道量子化轨道量子化 轨道半径只能够是一些不连续的轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值某些分立的数值。 氢原子各条可能轨道上的半径氢原子各条可能轨道上的半径 rnn2r1(n1，2，3)，其中其中 n 是正整数是正整数，r1是离是离 核最近的可能轨道的半径核最近的可能轨道的半径， r10.5310 10 m。 其余可能的轨道半径还有其余可能的轨道半径还有 0.212 nm、 0.477 nm，不可能出现介于这
24、些轨道半径之间的其他值不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化这样的轨道形式称为轨道量子化。 2能量量子化能量量子化 (1)电子在可能轨道上运动时电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动尽管是变速运动，但它并不释放能量但它并不释放能量，原子是稳定原子是稳定 的的，这样的状态也称之为定态这样的状态也称之为定态。 (2)由于原子的可能状态由于原子的可能状态(定态定态)是不连续的是不连续的，具有的能量也是不连续的具有的能量也是不连续的。这样的能量这样的能量 值值，称为能级称为能级，能量最低的状态称为基态能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态其他的状态叫作激发态，对氢原
25、子对氢原子，以无穷以无穷 远处为势能零点时远处为势能零点时，其能级公式其能级公式 En 1 n2E 1(n1，2，3) 其中其中 E1代表氢原子的基态的能级代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的 能量值能量值，E113.6 eV。n 是正整数是正整数，称为量子数称为量子数。量子数量子数 n 越大越大，表示能级越高表示能级越高。 (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。 3跃迁跃迁 原子从一种定态原子从一种定态(设能量为设能量为 E2)
26、跃迁到另一种定态跃迁到另一种定态(设能量为设能量为 E1)时时，它辐射它辐射(或吸收或吸收) 一 定 频 率 的 光 子一 定 频 率 的 光 子 ， 光 子 的 能 量 由 这 两 种 定 态 的 能 量 差 决 定光 子 的 能 量 由 这 两 种 定 态 的 能 量 差 决 定 ， 高 能高 能 级级 Em低能级低能级 En。 可见可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的不是以螺旋线的形式改变半径大小的， 而是从一个轨道上而是从一个轨道上“跳跃跳跃”到另一个轨道上到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁玻尔将这种现象叫作电子
27、的跃迁。 【例【例 2】一个氢原子中的电子从一个半径为一个氢原子中的电子从一个半径为 ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径的轨道自发地直接跃迁至另一半径 为为 rb的轨道的轨道，已知已知 rarb，则在此过程中则在此过程中() A原子发出一系列频率的光子原子发出一系列频率的光子 B原子要吸收一系列频率的光子原子要吸收一系列频率的光子 C原子要吸收某一频率的光子原子要吸收某一频率的光子 D原子要辐射某一频率的光子原子要辐射某一频率的光子 思路点拨：思路点拨：(1)由由 rarb知知 EaEb。 (2)从高能级向低能级跃迁从高能级向低能级跃迁，应放出光子。应放出光子。 D因为是从高能级向低能级跃迁因
28、为是从高能级向低能级跃迁，所以应放出光子所以应放出光子，故故 B、C 错误错误；“直接直接”从从 一能级跃迁到另一能级一能级跃迁到另一能级，只对应某一能级差只对应某一能级差，故只能放出某一频率的光子故只能放出某一频率的光子，故故 A 错误错误， D 正确。正确。 解决玻尔原子模型问题的四个关键解决玻尔原子模型问题的四个关键 (1)电子绕核做圆周运动时电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量。不向外辐射能量。 (2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定。只由跃迁前后的两个能级差决定。 (3)处于基态的原子是稳定的处于基态的原子是稳定的，而处于
29、激发态的原子是不稳定的。而处于激发态的原子是不稳定的。 (4)原子的能量与电子的轨道半径相对应原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大轨道半径大，原子的能量大原子的能量大，轨道半径轨道半径 小小，原子的能量小。原子的能量小。 跟进训练跟进训练 3已知氢原子的基态能量为已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量激发态能量 En E1 n2， ，其中其中 n2，3，用用 h 表示表示 普朗克常量普朗克常量，c 表示真空中的光速表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 () A4hc 3E1 B2hc E1 C4hc E1 D9hc
30、 E1 C第一激发态是能量最低的激发态第一激发态是能量最低的激发态 n2， 依题意可知第一激发态能量为依题意可知第一激发态能量为 E2E1 4 ； 电离是氢原子从第一激发态跃迁到最高能级电离是氢原子从第一激发态跃迁到最高能级 n(n)的过程的过程， 需要吸收的最小光子能量需要吸收的最小光子能量 为为 E0E2E1 4 ，由由 Ehc 得：得：E1 4 hc ，所以能使氢原子从第一激发态电离的光所以能使氢原子从第一激发态电离的光 子最大波长为子最大波长为4hc E1 ，故选项故选项 C 正确。正确。 对对氢原子的能级结构和跃迁问题的理氢原子的能级结构和跃迁问题的理 解解 原子从一种定态跃迁到另一
31、种定态时原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子。会吸收或辐射出一定频率的光子。 试探究：试探究：(1)若从若从 E3到到 E1是否只有是否只有 E3E1一种可能？一种可能？ (2)如果是一群氢原子处于量子数为如果是一群氢原子处于量子数为 n 的激发态的激发态，最多有多少条谱线？最多有多少条谱线？ 提示：提示：(1)不是不是，可以是可以是 E3E1也可以是也可以是 E3E2，再再 E2E1两种可能。两种可能。 (2)共有共有 Nn(n 1) 2 C 2 2 n n条。 条。 1对能级图的理解对能级图的理解 (1)能级图中能级图中 n 称为量子数称为量子数，E1代表氢原子的
32、基态能量代表氢原子的基态能量，即量子数即量子数 n1 时对应的能时对应的能 量量，其值为其值为13.6 eV。En代表电子在第代表电子在第 n 个轨道上运动时的能量个轨道上运动时的能量。 (2)作能级图时作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大能级差越大，间隔越间隔越 宽宽，所以量子数越大所以量子数越大，能级越密能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子长度表示辐射光子 能量的大小能量的大小，n1 是原子的基态是原子的基态，n是原子电离时对应的状态是原子电离时对应的状态。 2能级跃迁能级跃迁 处于
33、激发态的原子是不稳定的处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁经过一次或几次跃迁 到达基态到达基态。所以一群氢原子处于量子数为所以一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为可能辐射出的光谱线条数为 N C 2 2 n n n(n 1) 2 。 3光子的发射光子的发射 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决发射光子的频率由下式决 定定。 hEmEn(Em、En是始末两个能级且是始末两个能级且 mn) 能级差越大能级差越大，放出光子的
34、频率就越高放出光子的频率就越高。 4使原子能级跃迁的两种粒子使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物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其光子的能量必须等于两能级的能量差， 否则不被吸收否则不被吸收，不存在激发到不存在激发到 n 能级时能量有余能级时能量有余，而激发到而激发到 n1 时能量不足时能量不足，则可激则可激 发到发到 n 能级的问题能级的问题。 (2)原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而被激发的能量而被激发，由于实物粒子的动由于实物粒子的动 能可部分地被原子
35、吸收能可部分地被原子吸收， 所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(EEnEk)， 就可使原子发生能级跃迁就可使原子发生能级跃迁。 【例【例 3】氢原子的能级图如图所示氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量范围为已知可见光光子能量范围为 1.623.11 eV。 下列说法正确的是下列说法正确的是() A处于处于 n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离并发生电离 B大量氢原子从高能级向大量氢原子从高能级向 n3 能级跃迁时能级跃迁时，发出的光中一定包含可见光发出的光中一定包含可见光 C大量处于大
36、量处于 n2 能级的氢原子向基态跃迁时能级的氢原子向基态跃迁时， ，发出的光子能量较大发出的光子能量较大，有明显的有明显的 热效应热效应 D大量处于大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时能级的氢原子向低能级跃迁时，只可能发出只可能发出 3 种不同频率的光种不同频率的光 思路点拨：思路点拨：(1)紫外线光子能量若大于紫外线光子能量若大于 1.51 eV 则能电离则能电离，否则不能。否则不能。 (2)辐射光子能量在辐射光子能量在 1.623.11 eV 内则为可见光内则为可见光，红外线有明显的热效应。红外线有明显的热效应。 A紫外线光子的能量一定大于可见光光子的能量紫外线光子的能量一定大于可见
37、光光子的能量， 即一定大于即一定大于 3.11 eV， 而从第而从第 3 能级电离只需要能级电离只需要 1.51 eV 能量能量，选项选项 A 正确正确；从高能级向第从高能级向第 3 能级跃迁时辐射出光子的能级跃迁时辐射出光子的 能量一定小于能量一定小于 1.51 eV，因此不含可见光因此不含可见光，选项选项 B 错误错误；氢原子从第氢原子从第 2 能级向基态跃迁能级向基态跃迁， 辐射光子的能量为辐射光子的能量为 10.2 eV，是紫外线是紫外线，只有红外线才有明显的热效应只有红外线才有明显的热效应，选项选项 C 错误；错误； 大量氢原子从第大量氢原子从第 4 能级向低能级跃迁能级向低能级跃迁
38、，能产生能产生 6 种可能的光子种可能的光子，选项选项 D 错误。错误。 能级跃迁规律能级跃迁规律 大量处于大量处于 n 激发态的氢原子向基态跃迁时激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射最多可辐射n(n 1) 2 种频率的光子。一种频率的光子。一 个处于个处于 n 激发态的氢原子向基态跃迁时激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射最多可辐射(n1)种频率的光子。种频率的光子。 【一题多变【一题多变】如果只有一个处于如果只有一个处于 n5 激发态的氢原子向激发态的氢原子向 n2 的激发态跃迁的激发态跃迁， 最最 多可有几种频率的光子？多可有几种频率的光子？ 解析解析从从 n5 激发态到激发态到 n
39、2 的激发态的激发态，最多有最多有 54，4 3，32 三种频率的三种频率的 光子。光子。 答案答案 3 种种 跟进训练跟进训练 4(多选多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是下列措施可行的是() A用用 10.2 eV 的光子照射的光子照射 B用用 11 eV 的光子照射的光子照射 C用用 14 eV 的光子照射的光子照射 D用用 10 eV 的光子照射的光子照射 AC由氢原子的能级图可求得由氢原子的能级图可求得 E2E13.40 eV(13.6) eV10.2 eV， 即即 10.2 eV 是第是第 2 能级与基态之间的能量差能级与基态之间的能
40、量差， 处于基态的氢原子吸收处于基态的氢原子吸收 10.2 eV 的光子后将跃迁到的光子后将跃迁到 第第 2 能级态能级态，可使处于基态的氢原子激发可使处于基态的氢原子激发，A 正确；正确；EmE111 eV，即不满足玻尔理即不满足玻尔理 论关于跃迁的条件论关于跃迁的条件，B 错误；要使处于基态的氢原子发生电离错误；要使处于基态的氢原子发生电离，照射光的能量须照射光的能量须13.6 eV，而而 14 eV13.6 eV，故故 14 eV 的光子可使基态的氢原子发生电离的光子可使基态的氢原子发生电离， ，C 正确；正确；Em E110 eV，既不满足玻尔理论关于跃迁的条件既不满足玻尔理论关于跃迁
41、的条件，也不能使氢原子发生电离也不能使氢原子发生电离，D 错误错误。 1物理观念物理观念：光谱光谱、连续谱连续谱、线状谱线状谱、 、能级能级、跃迁跃迁、轨道量子化轨道量子化、定态定态、电子云电子云。 2科学思维科学思维：氢原子光谱的实验规律分析氢原子光谱的实验规律分析、玻尔原子模型的理解与能级图的应用玻尔原子模型的理解与能级图的应用。 3科学方法：科学方法：假设法假设法、实验法实验法、图像法图像法、 、模型法等模型法等。 1(多选多选)白光通过棱镜后在屏上会形成按红白光通过棱镜后在屏上会形成按红、 、橙橙、黄黄、绿绿、蓝蓝、靛靛、紫排列的连紫排列的连 续谱线续谱线，下列说法正确的是下列说法正确
42、的是() A棱镜使光谱加了颜色棱镜使光谱加了颜色 B白光是由各种颜色的光组成的白光是由各种颜色的光组成的 C棱镜对各种颜色光的偏折不同棱镜对各种颜色光的偏折不同 D发光物质发出了在可见光区的各种频率的光发光物质发出了在可见光区的各种频率的光 BCD白光通过棱镜使各种颜色的光落在屏上的不同位置白光通过棱镜使各种颜色的光落在屏上的不同位置，说明棱镜对各种颜色说明棱镜对各种颜色 的光偏折不同的光偏折不同，形成的连续光谱按波长形成的连续光谱按波长(或频率或频率)排列排列，即白光是包括各种频率的光即白光是包括各种频率的光，光光 的颜色是由波长的颜色是由波长(或频率或频率)决定决定，并非棱镜增加了颜色并非
43、棱镜增加了颜色，B、C、D 正确正确，A 错误。错误。 2(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ) A炽热的固体炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱液体和高压气体发出的光形成连续光谱 B各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应 C气体发出的光只能产生明线光谱气体发出的光只能产生明线光谱 D在一定条件下气体也可以产生连续光谱在一定条件下气体也可以产生连续光谱 AD据连续光谱的产生知据连续光谱的产生知 A 正确；吸收光谱中的暗线和明线光谱中的明线相对正确；吸收光谱中的暗线和明线光谱中的明线相对 应应
44、，但通常吸收光谱中看到的暗线要比明线光谱中的明线少但通常吸收光谱中看到的暗线要比明线光谱中的明线少，B 错误错误；气体发光气体发光，若为若为 高压气体则产生吸收光谱高压气体则产生吸收光谱，若为稀薄气体则产生明线光谱若为稀薄气体则产生明线光谱，C 错误错误，D 正确。正确。 3(多选多选)根据玻尔理论根据玻尔理论，以下说法正确的是以下说法正确的是() A电子绕核运动有加速度电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波就要向外辐射电磁波 B处于定态的原子处于定态的原子，其电子做变速运动其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量 但它并不向外辐射能量 C原子内电子的可能轨道是不连续的原子内电子的可能轨道是不
45、连续的 D原子能级跃迁时原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差 BCD根据玻尔理论根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量但并不向外辐射能量，也不会向也不会向 外辐射电磁波外辐射电磁波，故选项故选项 A 错误错误，B 正确正确；玻尔理论中的第二条假设玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动就是电子绕核运动 可能的轨道半径是量子化的可能的轨道半径是量子化的，不连续的不连续的，选项选项 C 正确；原子在正确；原子在 发生能级跃迁时发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子要放出或吸收一定频率的光子，光子
46、能量取决于两个轨道的能量光子能量取决于两个轨道的能量 差差，故选项故选项 D 正确。正确。 4(多选多选)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了向外辐射了1、2、3三种频率三种频率 的光子的光子，且且123，则则() A被氢原子吸收的光子的能量为被氢原子吸收的光子的能量为 h1 B被氢原子吸收的光子的能量为被氢原子吸收的光子的能量为 h2 C123 D312 AC氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子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说明氢原子从基态跃迁到了 第第 3 能级态能级态(如图所示如图所示)，在第在第 3 能
47、级态不稳定能级态不稳定，又向低能级跃进又向低能级跃进，发出光子发出光子，其中从其中从第第 3 能级跃迁到第能级跃迁到第 1 能级的光子能量最大能级的光子能量最大，为为 h1，从第从第 2 能级跃迁到第能级跃迁到第 1 能级的光子能能级的光子能 量比从第量比从第 3 能级跃迁到第能级跃迁到第 2 能级的光子能量大能级的光子能量大，由能量守恒可知由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了氢原子一定是吸收了 能量为能量为 h1的光子的光子，且关系式且关系式 h1h2h3，123存在存在，A、C 正确。正确。 5(思维拓展思维拓展)已知金属钙的逸出功为已知金属钙的逸出功为 2.7 eV，氢原子的能级图如图所示
48、氢原子的能级图如图所示。一群氢原一群氢原 子处于子处于 n4 能级状态能级状态，则：则： 问题探究：问题探究：(1)氢原子可能辐射几种频率的光子？氢原子可能辐射几种频率的光子？ (2)其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？ 提示：提示：(1)因为因为 C 2 2 4 4 6，所以可能有所以可能有 6 种频率的光子。种频率的光子。 (2)辐射光子的能量只要大于辐射光子的能量只要大于 2.7 eV 就可以发生光电效应就可以发生光电效应，只有只有 n4 跃迁到跃迁到 n1， n3 跃迁到跃迁到 n1，n2 跃迁到跃迁到 n1 这三种频率的光子可以。这三种频率的光子可以。
