高二物理氢原子光谱与能级结构
高二物理氢原子光谱与能级结构
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炙缓缓睁开眼睛,伸出双手狠狠の再脸上搓了搓,然后放声开始大笑起来！ "哈哈……" 夜十三和夜十七在外面有点莫名其妙,看着不远の**城,夜十七还是皱了皱眉头,小声嘀咕起来："虽然来到了男人の圣地——**城,我心里也隐隐有些激动,但公子也没有必要笑得那么明显吧?" 当前 第伍 捌章 零５零章 笑昏城 伍玖章**城 **城本名不是叫**城,而是叫银月城,自从数千年前一个叫月后の绝世の女子走进这座城,这座城便成为月家の城市,这座城便成为银月城. 之所以后来有了**城の外号,是因为一个府主の一句调笑之言.那位隐世修炼了几十年の高人,在那一届府主挑战赛 成功挑战了上一届の府主后,接到了五大世家の请柬,邀请他去各大世家小住几日.而那位府主对几大世家の盛情邀请也却之不恭,处理好府务之后,便开始分别去了几大主城旅游起来. 只是他在银月城住了五日之后,非常坚决の谢绝了当代月家家主の盛情挽留,非常肯定要回龙城.他出了银月 城之后,看了城门口那块写着"银月城"の牌匾良久,说了一句话："此城不应该叫银月城,而是应该叫**城,此城**啊……" 所以后来,破仙府の人开始叫这城**城,因为这个城市真の很**.如果说神城是大陆上所有族群の圣地の话,那么**城绝对是破仙府男人心目中の圣地.[ 因为**城,有名の 东西什么都没有,有の只是女人,漂亮の女人,各式各样の漂亮女人. "这就是鼎鼎有名**城?也没什么特别奇怪の啊." 白重炙坐在马车前面,神情轻松,看着前方宽阔の大道,和稀疏の路人,以及街道两边の店铺.并没有感觉特殊の地方,微笑の和坐在身旁の夜十七说道. "从外表上看,这城市和 其他城市并没有特别出奇の地方."夜十七嘿嘿一笑,似乎想起了什么,眼中闪过道道光芒,『舔』了『舔』嘴唇继续说道："这个城市特殊の地
氢原子光谱课件
氢原子光谱课件引言氢原子光谱是量子力学和原子物理学领域的基础内容，对于理解原子结构、光谱现象以及化学键的形成具有重要意义。
本课件旨在介绍氢原子光谱的基本原理、实验观测和理论解释，帮助读者深入理解氢原子的能级结构和光谱特性。
一、氢原子的基本结构1.1电子轨道和量子数氢原子由一个质子和一个电子组成，电子围绕质子旋转。
根据量子力学的原理，电子在氢原子中只能存在于特定的轨道上，这些轨道被称为能级。
每个能级由主量子数n来描述，n的取值为正整数。
1.2能级和能级跃迁氢原子的能级可以用公式E_n=-13.6eV/n^2来表示，其中E_n 是第n能级的能量，单位为电子伏特（eV）。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子，这个频率与能级之间的能量差有关。
二、氢原子光谱的实验观测2.1光谱仪和光谱图氢原子光谱可以通过光谱仪进行观测。
光谱仪将入射光分解成不同频率的光谱线，并将这些光谱线投射到感光材料上，形成光谱图。
通过观察光谱图，可以得知氢原子的能级结构和光谱特性。
2.2巴尔末公式实验观测到的氢原子光谱线可以通过巴尔末公式来描述，公式为1/λ=R_H(1/n1^21/n2^2)，其中λ是光谱线的波长，R_H是里德伯常数，n1和n2是两个能级的主量子数。
巴尔末公式可以准确地预测氢原子光谱线的位置。
三、氢原子光谱的理论解释3.1玻尔模型1913年，尼尔斯·玻尔提出了氢原子的量子理论模型，即玻尔模型。
该模型假设电子在氢原子中只能存在于特定的轨道上，每个轨道对应一个能级。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子。
3.2量子力学解释1925年，海森堡、薛定谔和狄拉克等人发展了量子力学理论，为氢原子光谱提供了更为精确的解释。
量子力学认为，电子在氢原子中的状态可以用波函数来描述，波函数的平方表示电子在空间中的概率分布。
通过解薛定谔方程，可以得到氢原子的能级和波函数。
四、结论氢原子光谱是量子力学和原子物理学的基础内容，对于理解原子结构、光谱现象以及化学键的形成具有重要意义。
氢原子光谱与能级结构
3 光谱分析
二、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
气体放电管：玻璃管中的稀薄气体的分子在强 电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电 荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样 的装置叫做气体放电管。
1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光 区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的 波长可以用一个公式表示：
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外 和紫个光区的其它谱线也都满足与巴耳末 公式类似的关系式。
其他谱系
巴尔末公式有正整数n出现，这里我们也用正整数n来标志
氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？
1 1 1 巴尔末公式： R λ 22 n 2
氢 原 子 能 级 跃 迁 与 光 谱 图
轨道及转动频率不断变化，辐射电 磁波频率也是连续的， 原子光谱应 是连续的光谱。而实际上看到的是 分立的线状谱。
这些矛盾说明尽管经典物理学理论可 以很好地应用宏观物休，但它不能解 释原子世界的现象，引入新观念是必 要的。
光子
谢
谢
② 明线光谱
A 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光 谱。 明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波 长的光。 B 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。 C 各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只 能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。
（1）定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
（2）分类：发射光谱可分类：连续光谱和明线光谱。
①连续光谱 A 由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连 续光谱。 特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是 连在一起的光带。 即连续分布的包含有从红光 到紫光各种色光的光谱。 B 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续 光谱。 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出 的光都形成连续光谱。
2024年高考物理氢原子光谱知识点总结
2024年高考物理氢原子光谱知识点总结2024年高考物理考试的物理氢原子光谱知识点总结如下：1. 氢原子光谱的基本特点：氢原子光谱是由氢原子的电子在不同能级之间跃迁所产生的。
它具有明亮的谱线和离散的能级结构。
2. 氢原子的能级结构：氢原子的能级由一系列具有不同能量的能级组成，其中最低的能级为基态（n=1），其他能级称为激发态（n>1）。
每个能级都有特定的能量值和对应的主量子数n。
3. 氢原子光谱系列：氢原子光谱可分为巴尔末系列、帕维系列和布莱克曼系列。
巴尔末系列是电子从高能级(n>2)跃迁到第二能级(n=2)时产生的谱线，帕维系列是电子从n>3的能级跃迁到第三能级(n=3)时产生的谱线，布莱克曼系列是电子从n>4的能级跃迁到第四能级(n=4)时产生的谱线。
4. 氢原子的能级间距：氢原子的能级间距由公式∆E = -13.6eV/n^2计算，其中∆E为能级间距，n为主量子数。
不同的能级间距对应不同的能量和频率。
5. 能级跃迁和光谱线的产生：当氢原子的电子跃迁到较低能级时，从高能级到低能级的能量差将以光子的形式释放出来，产生光谱线。
光谱线的波长和频率与能级差有关，可由公式λ = c/f和E = hf 计算，其中λ为波长，c为光速，f为频率，E为能量，h为普朗克常数。
6. 波尔理论：根据波尔理论，氢原子电子的能量是量子化的，只能处于特定的能级，而不能连续地存在于任意能级。
波尔理论通过引入角动量量子化条件和能级跃迁的辐射条件，成功解释了氢原子光谱的特点。
7. 色散光谱的测量：色散光谱仪是测量光谱的常用仪器。
它利用透镜或棱镜对光进行分散，使不同波长的光线分离，从而观察到光谱线。
通常使用光栅或棱镜作为色散元件，将光线按波长进行分散。
总之，物理氢原子光谱是高考物理中的重要知识点，考生应熟练掌握氢原子能级结构、能级跃迁和光谱线的产生原理，以及氢原子光谱的测量方法和数学计算公式。
教科版高二物理选修3-5第二章 2.3原子结构——氢原子光谱
原子光谱【学习目标】1．知道光谱、发射光谱、吸收光谱、光谱分析等概念；2．明确光谱产生的原理及光谱分析的特点；3．知道氢原子光谱的实验规律．4．了解玻尔原子模型及能级的概念；5．理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系；6．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性．【要点梳理】要点一、氢原子光谱1．光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光谱．用摄谱仪可以得到光谱的照片．物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：（1）发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它又可分为连续光谱和明线光谱（线状光谱）．①连续光谱一一由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的光谱。
炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．②明线光谱——只含有一些不连续的亮线的光谱．它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。
可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的明线光谱．不同元素的原子产生的明线光谱是不同的，但同种元素原子产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别．因此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线．（2）吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱．这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的．例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱．实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应．即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线．2．光谱分析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它的化学组成，这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检测出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用：（1）检查物体的纯度；（2）鉴别和发现元素；（3）天文学上光谱的红移表明恒星的远离等．3．氢原子光谱线氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质．氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线．（1）巴耳末系（在可见光区）．①1885年瑞士的中学数字教师对氢气放电得到的氢原子光谱可见光部分的四条谱线进行了研究和分析．发现这些谱线的波长可以用一个很简单的数学公式表示． ②巴耳末公式：221112R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，345n =L ，，，，式中的常数称为里德伯常量，对于氢原子，实验测得的值为711.096775810m R =⨯－．（2）莱曼系（在紫外区）．221111R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，234n =L ，，， （3）帕邢系（在近红外区）．221113R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，456n =L ，，， （4）布喇开系（在红外区）．221114R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，567n =L ，，，要点二、玻尔的原子模型（能级结构）1．卢瑟福模型和经典电磁理论的困难卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了粒子散射实验．但是经典理论既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．困难具体表现为：（1）按照经典物理学的观点，带有电荷的电子在轨道上做变速运动，一定会以电磁波的形式向外辐射能量，电子的能量会减小，轨道半径会不断变小，最终落在原子核上．即原子是不稳定的．这与实际情况不符，实际上原子是稳定的．（2）按照经典物理学的观点，电子辐射电磁波的频率应等于其振动或圆周运动的频率．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．即我们看到的原子光谱应该总是连续的，但实际测定的结果是电磁波的频率不是连续的，原子光谱是分立的线状谱．由以上所述可知微观物体的变化规律不能用从宏观现象中得出的经典理论加以说明，为了解决这一矛盾，丹麦的青年物理学家玻尔在前人学说的基础上，把普朗克的量子理论应用于原子系统中，提出了新的原子理论——玻尔原子理论．2．玻尔原子模型玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫做轨道量子化；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，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．将以上内容进行归纳，玻尔理论有三个要点：（1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的．电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．（2）原子从一种定态（能量为m E ）跃迁到另一定态（能量为n E ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即m n h E E ν=-．可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象称为跃迁．（3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的（满足2h nvr n π=，n 叫量子数，这种轨道的不连续现象叫轨道量子化）．轨道半径21n r n r =．（对于氢原子1010.5310m r =⨯－）3．能级在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的．这些能量值叫做能级．各状态的标号123L 、、、叫做量子数，通常用n 表示．能量最低的状态叫做荩态，其他状态叫做激发态，基态和各激发态的能量分别用123E E E L 、、、表示．（1）氢原子的能级．对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．原子各能级的关系为：12123n E E n n ==L （，，，）． 对于氢原子而言，基态能量：113.6 eV E =－，其他各激发态的能量为：2 3.4 eV E =－，31.51 eV E =－，L（2）能级图．氢原子的能级图如图所示．要点诠释：①由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化．②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原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量．无论是吸收能量还是放出能量，这个能量值不是任意的，而是等于原子发生跃迁的这两个能级问的能量差．E h ν∆=，ν为发出光子的频率．④1n =对应于基态，n →∞对应于原子的电离．4.光子的发射和吸收（1）能级的跃迁．根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种．其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．要点诠释：①原子能级跃迁时，处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态；也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态，最后回到基态．一个原子由较高能级回到基态，到底发生了几次跃迁，是不确定的．②物质中含有大量的原子，各个原子的跃迁方式也是不统一的．有的原子可能经过一次跃迁就回到基态，而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态．（2）光子的发射．原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级m E 和n E （m n ＞）间跃迁时发射光子的能量可由下式表示： m n h E E ν=－．由上式可以看出，能级的能量差越大，放出光子的频率就越高．（3）光子的吸收．光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁．两个能级的能量差值仍是一个光子的能量．其关系式仍为m n h E E ν=－．要点诠释：由于原子的能级是一系列不连续的值，则任意两个能级差也是不连续的，故原子只能发射一些特定频率的光子，同样也只能吸收一些特定频率的光子．但是，当光子能量足够大时，如光子能量13.6 eV E ≥时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．5.原子能级跃迁问题跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态（定态）跃迁到另一个能量状态（定态）．（1）跃迁时电子动能、原子势能与原于能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能p E 减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．（2）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．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2n =时能量有余，而激发到3n =时能量不足，则可激发到2n =的问题．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，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（m n E E E =－），均可使原子发生能级跃迁．6.原子跃迁时需注意的几个问题（1）注意一群原子和一个原子．氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．（2）注意直接跃迁与间接跃迁．原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射（或吸收）光子的频率可能不同．（3）注意跃迁与电离．原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离（即上升n=∞），其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．【典型例题】类型一、氢原子光谱例1．关于光谱，下列说法中正确的是（）．A．太阳光谱是连续光谱B．稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱C．煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸汽产生的光谱是线状谱D．白光通过钠蒸汽产生的光谱是线状谱【思路点拨】明确原子光谱、线状谱、连续谱及特征谱的关系举一反三:【变式1】太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线．产生这些暗线是由于（）A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素【变式2】下列说法中正确的是（）．A．炽热的固体、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C．气体发出的光只能产生明线光谱D．甲物体发出的白光通过乙物质的蒸汽形成了甲物质的吸收光谱【变式3】关于光谱，下面说法中正确的是（ ）A ．炽热的液体发射连续光谱B ．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素C ．明线光谱和暗线光谱都可用于对物质成分进行分析D ．发射光谱一定是连续光谱例2．试计算氢原子光谱中莱曼系中的最长波和最短波的波长各是多少．举一反三:【变式1】处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱．氢光谱线的波长λ可以用下面的巴耳末一里德伯公式表示：22111R k n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，n k ，分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，123k =L ，，，对每一个k ，有123n k k k R =+++L ，，，称为里德伯常量，是一个已知量．对于1k =的一系列谱线其波长处在紫外区，称为莱曼系；2k =的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系．用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用莱曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为1U ，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为2U ，已知电子电荷量的大小为e ，真空中的光速为c ，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功．类型二、玻尔的原子模型（能级结构）例3．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，虽然电子做加速运动，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，而电子的可能轨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，辐射（或吸收）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【思路点拨】识记玻尔原子模型的内容, 注意电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，只由跃迁前后的两个能级的能量差决定．举一反三:【变式1】根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时（ ）．A ．轨道半径之比为14∶B ．速度之比为41∶C ．周期之比为18∶D ．动能之比为41∶例4.从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。
氢原子的能级结构与光谱
氢原子的能级结构与光谱氢原子是物理学和化学中研究最广泛的模型系统之一。
它的能级结构与光谱研究对于理解物质的性质和相互作用具有重要意义。
本文将探讨氢原子的能级结构、光谱以及相关的理论和实验研究。
一、氢原子的能级结构氢原子由一个质子和一个电子组成。
根据量子力学的原理，电子在原子中存在特定的能级。
氢原子的能级由电子的主量子数n来决定。
基态的主量子数为n=1，对应着最低的能级。
其他能级的主量子数依次增加，能级能量逐渐升高。
在氢原子中，能级的能量与主量子数的平方反比。
即E(n) ∝ 1/n^2。
这个规律被称为Bohr模型，它是根据量子力学的基本原理和计算出的结果。
Bohr模型为后来的量子力学理论奠定了基础。
除了主量子数，氢原子的能级结构还由其他量子数确定。
其中最重要的是角量子数l和磁量子数m。
角量子数决定了电子在原子内的角动量，而磁量子数描述了电子在磁场中的行为。
二、氢原子的光谱氢原子的能级结构决定了其特有的光谱。
光谱是物质吸收和发射光的分布。
氢原子的光谱可以分为吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱发生在氢原子吸收能量时。
当光通过氢原子时，电子吸收光的能量，并跃迁到较高的能级。
由于氢原子的能级结构是离散的，所以吸收光谱呈现出一系列尖锐的黑线，这些黑线被称为吸收线。
吸收线的位置和强度与氢原子的能级结构有直接的关系。
发射光谱发生在氢原子释放能量时。
当电子从较高能级跃迁到较低能级时，会释放出光能。
由于能级结构的离散性，氢原子的发射光谱也呈现出一个线状的光谱，这些线被称为发射线。
发射线的位置和强度与能级结构的差异有关。
氢原子的吸收和发射光谱不仅在可见光范围内有明显的特征，还延伸到紫外线和红外线等更宽的波长范围。
通过精确测量这些光谱线的位置和强度，科学家能够推断出氢原子的能级结构，并与理论预测进行对比。
三、理论与实验研究研究氢原子的能级结构和光谱从20世纪初开始，至今仍在进行中。
早期的研究主要基于Bohr模型，但随着量子力学的发展，更精确的计算方法被提出。
高二物理氢原子光谱与能级结构
N > 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）
巴尔末系
人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系
适用区域： 可见光区、紫外线区
紫 外 线 区 红 外 区 还 有 三 个 线 系
赖曼线系
1 1 R 2 2 n 1 1
1 1 R 2 2 n 3 1
第4节 氢原子的光谱与能级结构
一、光谱
复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散 开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案
观察光谱实验
1. 实 验
玻璃管充进氢气
连续光谱经过氢气的光谱
2. 氢原子的光谱图
(紫绿色） Hδ 410.1nm
Hγ
(青色）
Hβ
(蓝绿色）
Hα
(红色）
434.0nm
n 2， 3 ,4 ,
帕邢线系
n 4 ,5 , 6 ,
布喇开系
1 1 R 2 2 n 4 1
n 5 , 6 ,7 ，
n 6 ,7 ， 8，
普丰特线系
1 1 R 2 2 n 5 1
二、玻尔理论对氢原光光谱的解释
486.1nm
652.2nm λ/nm
特点 1.几种特定频率的光 2.光谱是分立的亮线
原子光谱
每一种光谱-------印记
每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谱均不同
巴尔末的研究氢原子光谱
（可见光区）
R
E1 hc
（里德伯常数：R=1.09677581×107m-1)
巴尔末公式
无机保温砂浆材料保温系统适用于各种墙体基层材质，各种形状复杂墙体的保温。全封闭、无接缝、无空腔，没有冷热桥产生。 并且不但做外墙外保温还可以做外墙内保温，或者外墙内外同时保温，及屋顶的保温和地热的隔热层，为节能体系的设计提供 一定的灵活性。 4、绿色环保无公害：无机保温砂浆材料保温系统无毒、无味、无放射性污染，对环境和人体无害，同时其大量推广使用可以 利用部分工业废渣及低品级建筑材料，具有良好的综合利用环境保护效益。 ； / 保温涂料 kfh85ndg 强度高：无机保温砂浆材料保温系统与基层粘结强度高，不易产生裂纹及空鼓。这一点在国内所有的保温材料相比具有一定的 技术优势。6、防火阻燃安全性好，用户放心：无机保温砂浆材料保温系统防火不燃烧。可广泛用于密集型住宅、公共建筑、 大型公共场所、易燃易爆场所、对防火要求严格场所。还可作为放火隔离带施工，提高建筑防火标准。
氢原子的能级结构和光谱分析
氢原子的能级结构和光谱分析氢原子作为最简单的原子结构，其能级结构和光谱分析对于理解原子结构和研究光谱学都具有重要意义。
本文将探讨氢原子的能级结构和光谱分析相关的内容。
一、氢原子的能级结构氢原子的能级结构是由其电子轨道和能级组成的。
根据量子力学的理论，氢原子的电子轨道可以用波函数来描述，而每个轨道对应一个能级。
轨道包括K、L、M、N等不同的主量子数，而能级则对应不同的能量。
在氢原子的能级模型中，最低的能级为基态，即原子处于最稳定的状态。
当外界能量作用于氢原子时，电子可以跃迁到更高的能级，这种现象在光谱分析中有重要应用。
能级越高，电子的能量越大，跃迁时释放的光子也具有更高的能量。
量子力学的理论可以解释氢原子的能级陈列规则，即能级之间的能量差为以Rydberg常数为单位的整数倍。
这一规律提供了深入研究原子结构和光谱分析的理论基础。
二、光谱分析光谱分析是一种研究物质结构和性质的重要方法。
通过测量物质与电磁辐射相互作用产生的光谱，可以获取物质的结构和成分信息。
而氢原子的光谱研究对于光谱学的发展具有里程碑式的意义。
氢原子光谱的特点是其能级陈列规则呈现出的谱线，这一规律被称为巴尔末系列。
巴尔末系列包括了几个系列谱线，其中最知名的是巴尔末系列的红线。
这些谱线的出现与氢原子的能级跃迁有关，不同电子跃迁所对应的谱线具有不同的波长和颜色。
氢原子光谱的研究不仅仅限于可见光谱，还包括紫外光谱和红外光谱。
这些不同波长范围的光谱可以提供更广泛的信息，从而更深入地研究氢原子的能级结构和原子的性质。
通过光谱分析，科学家们可以了解氢原子的能级结构和能量差，进而推导出其他原子的能级结构和光谱特性。
光谱分析不仅对于原子物理学和量子力学的发展至关重要，也在诸多领域有着广泛的应用。
结论氢原子的能级结构和光谱分析是理解原子内部结构和性质的重要途径。
通过研究氢原子的能级陈列规则和光谱特征，我们可以深入了解原子的能级跃迁以及与光的相互作用。
这一研究不仅对于原子物理学的发展至关重要，也为光谱学的应用提供了理论基础。
高二物理选修学案：《氢原子光谱与能级结构》
第四节氢原子光谱与能级结构学案【学习目标】（1）了解光谱的定义和分类；（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系；（3）了解经典原子理论的困难。
【学习重点】氢原子光谱的实验规律。
【知识要点】1、光谱早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
（1）发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
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，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
（2）吸收光谱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，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
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，低温气体原子吸收的光，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。
（3）光谱分析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化学组成。
这种方法叫做光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
2、氢原子光谱的实验规律氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
（课件展示）4、玻尔理论对氢光谱的解释（1）基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
5、玻尔理论的局限性玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。
2017-2018学年高二物理选修3-5课件：2-4氢原子光谱与
B.从 n=5 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光 C.从 n=4 的能级跃迁到 n=3 的能级时的辐射光 D.从 n=1 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光 解析:由氢原子光谱可知,λb<λa,因而产生 b 谱线的能级差应大于产生 a 谱线 的能级差,因而应选 B 项。 答案:B
1
2
3
4
探究
【例题】 在可见光范围内,氢原子光谱中波长最长的 2 条谱线所对应的 基数为 n。 (1)它们的波长各是多少? (2)其中波长最长的光对应的光子能量是多少? 解析:(1)谱线对应的 n 越小,波长越长,故当 n=3,4 时,氢原子发光所对应 的波长最长。 当 n=3 时, =1.10×107×( 解得 λ1=6.5×10-7m。 当 n=4 时, =1.10×107×( 解得 λ2=4.8×10-7m。 (2)n=3 时,对应着氢原子巴尔末系中波长最长的光,设其波长为 λ,因此
������ E=hν=h ������ 1 ������2 1 ������1 1 2
2−
1 3
-1 )m 2
1
2
2−
1 4
-1 )m 2
=
6.63×10-34×3×108 6.5×10-7
J=3.06×10-19J。
答案:(1)6.5×10-7m 4.8×10-7m (2)3.06×10-19J
探究
●名师精讲●
氢原子光谱
光谱 巴尔 末公 式 1 规 律 3 2
1 ������ 1 1
=R( 2- 2)(n=3,4,5,6…)
2 ������
式中 n 只能取整数,最大值为 16,最小值为 3,里德伯常 R=1.10× 107 m-1 巴尔末系的 14 条谱线都处于可见光区 在巴尔末系中 n 值越大,对应的波长 λ 越短,即 n=3 时,对应的波长最 长;n=16 时,对应的波长最短 除了巴尔末系,氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与 巴尔末公式类似的关系式
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第四节氢原子光谱与能级结构
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解光谱的定义和分类；
（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系；
（3）了解经典原子理论的困难。
2、过程与方法：通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。
3、情感、态度与价值观：培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。
教学重点：氢原子光谱的实验规律。
教学难点：经典理论的困难。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
（一）引入新课
粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。
（二）进行新课
1、光谱（结合课件展示）
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
（如图所示）
光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。
有时只是波长成分的记录。
（1）发射光谱
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
问题：什么是连续光谱和明线光谱？（连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。
只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。
明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光）
炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
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谱。
如图所示。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
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，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
如图所示。
（2）吸收光谱
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，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
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，低温气体原子吸收的光，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。
太阳的光谱是吸收光谱。
如图所示。
课件展示：氢、钠的光谱、太阳光谱：
投影各种光谱的特点及成因知识结构图：
（3）光谱分析
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化学组成。
这种方法叫做光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
2、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
（课件展示）
4、玻尔理论对氢光谱的解释
（1）基态和激发态
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在
某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道——可能情况只有一种。
可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各种情况出现了。
但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况。
（1）夫兰克—赫兹实验的历史背景及意义
1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。
1913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1914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（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，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。
1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。
夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。
所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
（2）夫兰克—赫兹实验的理论基础
根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值E n （n=1，2，3‥），这些能量值称为能级。
最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。
当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。
n m E E h -=ν（h 为普朗克恒量）本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则： n m E E eV -= （V 为激发电位）夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。
电子由阴级K 发出，K 与栅极G 之间有加速电场，G 与接收极A 之间有减速电场。
当电子在KG 空间经过加速、碰撞后，进入KG 空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。
（3）实验原理
改进的夫兰克-赫兹管的基本结构如下图所示。
电子由阴极K发出，阴极K和第一栅极G1之间的加速电压V G1K及与第二栅极G2之间的加速电压V G2K使电子加速。
在板极A和第二栅
极G2之间可设置减速电压V G2A。
设汞原子的基态能量为E0，第一激发态的能量为E1，初速为零的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV，具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eV<E1-E0时，电子能量几乎不损失。
如果eV≥E1-E0=ΔE，则汞原子从电子中取得能量ΔE，而由基态跃迁到第一激发态，ΔE=eV C。
相应的电位差VC即为汞原子的第一激发电位。
在实验中，逐渐增加V G2K，由电流计读出板极电流I A，得到如下图所示的变化曲线：
（4）实验结论
夫兰克—赫兹实验证明了原子被激发到不同的状态时，吸收的能量是不连续的，进而说明原子能量是量子化的。
6、玻尔理论的局限性
玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。
如粒子的观念和轨道。
量子化条件的引进没有适当的理论解释。