2.4 氢原子光谱与能级结构 同步课件(鲁科版选修3-5)
高考历史第16章第1节原子结构氢原子光谱知识研习课件鲁科版选修3-5
(2)玻尔原子模型 ①原子只能处于一系列能量 不连续 的状态中，具有确 定能量的稳定状态叫做 定态 ，原子处于最低能级的状 态叫 基态 ，其他的状态叫 激发态 ． ②原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收 ( 或辐射 ) 一定频率 的光子能量hν，hν＝E2－E1(E2＞E1)． ③原子的不同能量状态对应于电子的不同 运行轨道 ．
① α 粒子散射实验的结果：绝大多数 α 粒子穿过金箔后
仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了 较大的偏转 ，极少数 α粒子甚至被 ． 原路弹回 ②原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原 子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在
原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
③原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15 m ， 原 －10 m. 10 子直径的数量级约为
1．了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验． 2．通过对氢原子光谱的分析，了解氢原子的能级结构 及能级公式． 3．知道原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变， 会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义．
4 ．了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防 护． 5．知道核力的性质．会根据质量数守恒和电荷数守恒 写出核反应方程． 6．认识原子核的结合能．知道裂变反应和聚变反应． 7．知道链式反应的发生条件．了解裂变反应堆． 8．通过实验了解光电效应．知道爱因斯坦靠近金箔，偏转的
角度越大，所以D正确.
【答案】D
【即时巩固1】
(2010·上海高考)卢瑟福提出了原子的
核式结构模型，这一模型建立的基础是(
A．α粒子的散射实验 B．对阴极射线的研究 C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现
)
【解析】 【答案】
卢瑟福根据α粒子的散射实验的结果，提出 A
2.4 氢原子光谱与能级结构 同步测试-福建省莆田第二中学 高二物理鲁科版选修3-5
2.4 氢原子光谱与能级结构作业1.按照经典电磁理论，下列说法中不正确的是…( )A.电子辐射电磁波的频率就是它绕核转动的频率B.电子转动的能量不变C.电子越转离核越近D.原子光谱应该是连续谱2．关于原子光谱，下列说法正确的是()A．每种原子处在不同温度下发光的光谱不同B．每种原子处在不同的物质中的光谱不同C．每种原子在任何条件下发光的光谱都相同D．两种不同的原子发光的光谱可能相同3.利用光谱分析某固体物质组成，应该( )A.将固体物质加热，使其炽热发光，形成光谱B.将固体物质加热，使之汽化，再让白光通过它的蒸气，形成光谱C.用白光照射物质，让光从其表面反射形成光谱D.使该物质发生连续光谱4.关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是…( )①太阳光谱和白炽灯光谱都是明线光谱②霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是明线光谱③进行光谱分析时，可以利用明线光谱，不能用连续光谱④我们观察月亮射的光谱，可以确定月亮的化学组成A.①②B.③④C.②③D.①④5.氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能.氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时……( )A.氢原子的能量减小，电子的动能增加B.氢原子的能量增加，电子的动能增加C.氢原子的能量减小，电子的动能减小D.氢原子的能量增加，电子的动能减小6．对于巴耳末公式，下列说法正确的是()A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B．巴耳末公式只确定了氢原子光谱的可见光部分的光的波长C．巴耳末公式确定了氢原子光谱的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D ．巴耳末公式确定了各种原子光谱中的光的波长7.氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围为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8.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子.例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应.以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为E n =2nA ，式中n=1,2,3，…表示不同能级，A 是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是( ) A.163A B.167A C.1611A D.1613A 9.关于光谱，下列说法正确的是( )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.明线光谱和吸收光谱都用于对物质成分进行分析D.发射光谱一定是连续光谱10.关于太阳光谱，下列说法正确的是( )A.太阳光谱是吸收光谱B.太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C.根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D.根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素参考答案：1.B2.C3.B4.：C5.A.6.C7.D8.C.9.AC 10.AB。
教科版选修3-5 2.3 光谱 氢原子光谱 课件(45张)
总结提能 太阳光谱是吸收光谱，不是连续谱．通过太阳光 谱中的暗线与发射光谱的明线相对应，可确定太阳大气层的组 成．
(多选)关于光谱，下列说法正确的是( ACD ) A．各种原子的发射光谱都是线状谱 B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ各种原子的 原子光谱是相同的 C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光 谱也不相同 D．根据各种原子发光的特征谱线进行光谱分析，可以鉴别 物质和确定物质组成成分
光谱研究的鼻祖是鼎鼎大名的科学家牛顿，1663 年，当他 还是一个剑桥大学 21 岁的大学生时就开始研究色与光的问 题．三年后，他做了有名的三棱镜光散射实验，将一束太阳光 经一块三角形玻璃棱镜折射后，在墙上分布成红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫七色的彩色光带．当再倒放一个三棱镜于第一个三 棱镜后面时，各颜色又重新组合成为一束白光.1672 年，在伦敦 皇家学会上发表的第一篇论文《光和色的新理论》中，牛顿将 这种彩虹色带命名为光谱，并正确地解释了它的成因．
2．光谱分析 (1)定义：每种原子都有自己的特征谱线，可以利用光谱来 鉴别物质和确定物质的组成成分． (2)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－10 g. (3)应用 ①应用光谱分析发现新元素； ②鉴别物体的物质成分：研究太阳光谱时发现了太阳中存 在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素； ③应用光谱分析鉴定食品优劣．
光谱分析可以用于鉴别物质和确定物质的组成成分，而且 历史上有些元素就是利用光谱分析发现的，你能说出两种通过 光谱分析发现的元素吗？
提示：铷和铯．
三、经典理论的困难
1．卢瑟福核式学说的成就 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_α__粒__子__散__射__实验． 2．经典理论的困难 经典的物理学既无法解释原子的___稳__定__性____，又无法解释 原子光谱的____分__立_____特征．
鲁科版(2019)高中物理选择性必修第三册第4章第3节光谱与氢原子光谱课件23张PPT
比较 光谱
产生条件
光谱形式
应用
稀薄气体发光形成的 一些不连续的亮线组成，不同元素 可用于光谱
线状谱
光谱
的亮线光谱不同(又叫特征谱线)
分析
炽热的固体、液体和
连续谱
连续分布，一切波长的光都有
高压气体发光形成的
不能用于光 谱分析
吸收光谱
炽热的白光通过温度 用分光镜观察时，见到连续谱背景 可用于光谱
比白光低的气体后， 上出现一些暗线(与特征谱线相对应) 分析
[思考判断] (1)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)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。( √ ) (3)线状谱和连续光谱都可以用来鉴别物质。( × ) (4)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( × )
核心要点
光谱和光谱分析
[问题探究] 如图所示为不同物体发出的不同光谱。
解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于 氢原子光谱的分析，A正确，D错误；公式中n只能取大于等于3的整数，不能连续取 值，波长λ也只会是分立的值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确。 答案 AC
规律总结 巴耳末公式的应用方法及注意问题 (1)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。 (2)公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值。 (3)公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出的，在紫外区的谱线也适用。 (4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长λ。
发光
形成的光谱称为发射光谱，发射光谱又分
为 连续光谱 和 线状谱 。
④吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些 波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了 暗线 ， 这样的光谱称为吸收光谱。 (3)光谱分析 原子的发射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的 特征谱线 。每种原子都有 独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的 化学组成 ，这种方 法称为光谱分析。
高中物理 第二章 原子结构 第3节 光谱 氢原子光谱课件 教科版选修3-5.ppt
活动三 氢原子光谱
1， 其中n = 3、4、5、… （里德伯
22 n2
常量： R = 1.10×107 m－1）
8
【例 2】 在氢原子的光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，
试利用赖曼系的公式λ1 ＝R112－n12，n＝2，3，4，…，计算
紫外线的最长波和最短波的波长．
答案 1.21×10－7 m 9.10×10－8 m
借题发挥 在计算氢原子发出的某一线系的光的波长时，需首
先明确为哪一线系，选用相应的公式λ1 ＝R(a12－n12)，n 的取值
只能为整数且大于 a.
10
活动四 经典理论的困难
问题1 卢瑟福的原子核式结构模型的成功之处在 哪里？
问题2 经典电磁理论的困难是什么？
按照经典电磁理论对原子核式结构的分析结 问题3 果，经典电磁理论包含哪两点基本内容？
答案 BD 解析 太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光 产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱 为线状谱．
5
【练】有关原子光谱下列说法正确的是
()
A．原子光谱反映了原子的结构特征
B．氢原子光谱跟其他原子的光谱是不同的
C．太阳光谱是连续的
D．鉴别物质的成分可以采用光谱分析
答案 ABD
12
解析 各原子光谱反映了它们各自的特征，所以A、B正确；
太阳光谱是吸收光谱，它是不连续的．光谱可以用来鉴别
物质的组成．C错误、D正确．故正确答案为A、B、D.
6
活活动动二一 光谱分析的应用
➢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。
教科版高中物理选修(3-5)2.3《光谱 氢原子光谱》ppt教学课件
线 状 谱 与 原 子
线状谱
各种原子的发射光谱都是 不同 特定频率 ，不同 原子的亮线位置 ，说明原子只发出 不同 特征谱线 几种 的光，不同原子的发光频率 鉴别 ，光谱中的亮线称为原子的 .
组成成分 灵敏度 10－10g
由于每种原子都有自己的特征谱线，可以 利用它来 物质和确定物质的 ， 应 这种方法称为光谱分析，它的优点是 用 高，样本中一种元素的含量达到 就 可以被检测到
线状谱、连续谱、吸收谱的产生 (1)线状谱：单原子气体或金属蒸气所发出的光 为线状光谱，又称原子光谱． (2)连续谱：由炽热的固体、液体和高压气体所 辐射的光谱均为连续光谱． (3)吸收谱：连续光谱中某波长的光被吸收后出 现的暗线，太阳光谱就是典型的吸收光谱．让 高温物体所发出的白光通过某种物质后获得的 光谱就为吸收谱． (4)同一种原子的线状谱的亮线与吸收谱中的暗 线一一对应．
对光谱和光谱分析的理解
【典例 1】 关于光谱和光谱分析，下列说法正确 的是 ( )． A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状光谱 B ．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生 的光谱都是线状光谱 C ．进行光谱分析时，可以利用线状光谱，也 能用连续光谱 D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮
解析 太阳光谱是太阳内部发出的强光经过温度 比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱，白炽灯 光产生的是连续谱．月亮反射到地面的光谱是太 阳光谱，故不能用来确定月亮的化学成分，煤气 灯火焰中燃烧的钠蒸气，属稀薄气体发光，产生 线状光谱．故选B. 答案 B
3 光谱 氢原子光谱
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．
一、光谱 项目 内 容 可以把光按 波长
用光栅 或 展开，获 棱镜 得光 波长(频率)成分 强度 定义 的 和 分布的记录，即 一条条 光谱 不是 连在一起 线状 光谱是 亮线 谱 分类 一条条分立的谱线，而是 连续 光谱 谱 的光带
高中物理(教科版选修3-5)同步课件：第2章3-光谱 氢原子光谱PPT课件
这些谱线波长公式统一起来，就是广义巴尔末公式：
图 231
【提示】
因为每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子其原子光
谱不同，其亮线位置不同，条数不同，称为特征谱线．
1．光谱的分类
2．光谱分析的应用 (1)应用光谱分析发现新元素； (2)鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、 锌、镍等金属元素； (3)应用光谱分析鉴定食品优劣； (4)探索宇宙的起源等．
知 识 点 一
3.光谱
知 识 点 二
氢原子光谱
学 业 分 层 测 评
学 习 目 标 1.了解光谱、连续谱、线状谱等概 念．(重点) 2.知道光谱分析及其应用．(重点) 3.知道氢原子光谱的规律．(重点、难 点)
知 识 脉 络
光 谱 和 光 谱 分 析
[先填空] 1．光谱 复色光分解为一系列单色光，按波长长短 的顺序排列成一条光带，称为光 谱．
3，…)RH 为里德伯常量．
[再判断] 1．氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√) 2．由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．(√) 3．在巴尔末公式中，n 值越大，氢光谱的波长越长．(×)
[后思考] 1．能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？ 【提示】 能．氢光谱的最长波长对应着 n＝3，代入巴尔末公式便可计算 出最长波长．
2．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( A．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 C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以用连续谱 D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
高中物理 第2章 3 光谱 氢原子光谱课件 教科版选修3-5
1
复习课件
高中物理 第2章 3 光谱 氢原子光谱课件 教科版选修3-5
值并不是人为规定的
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C [巴尔末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核 式结构总结出的，A 错，C 对；巴尔末公式只确定了氢原子发光中的 一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映 出氢原子发光是不连续的，B、D 错．]
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(1)巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子． (2)公式中 n 只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立 的值． (3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区 的谱线也适用．
(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．
(×)
(2)不同原子的发光频率是不一样的．
(√ )
(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．
(×)
(4)氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．
(√ )
(5)由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．
(√ )
(6)在巴尔末公式中，n 值越大，氢光谱的波长越长．
(× )
10
8
2．氢原子光谱的规律 (1)巴尔末公式：λ＝Bn2n－2 4，(n＝3,4,5，…，11) (2)意义：巴尔末公式反映了氢原子光谱的分立特征．
(3)广义巴尔末公式：_1λ_＝__R_H_m1_2_－_n1_2____，(m＝1,2,3，…；n＝m
＋1，m＋2，m＋3，…)RH 为里德伯常量．
高中物理选修3-5第十八章第59讲 原子的核式结构模型 氢原子光谱 原子能级
第59讲原子的核式结构模型氢原子光谱原子能级考情剖析(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A 代表容易，B代表中等，C代表难)知识 整合知识网络基础自测一、原子结构 1．电子的发现英国物理学家____________________发现了电子． 2．α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家____________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿______________方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于______________，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的__________________和几乎全部__________________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．4．三种原子模型的对比二、氢原子光谱与玻尔理论1．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的____________________(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类有些光谱是一条条的____________，这样的光谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的____________，这样的光谱叫做连续谱．(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝________________________，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n为量子数．2．玻尔理论(1)定态原子只能处于一系列____________的能量状态中，在这些能量状态中原子是__________________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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hν＝__________________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是________________，因此电子的可能轨道也是________________________________________________________________________．3．玻尔模型的局限性玻尔模型的成功之处在于引入了量子化观点，其不足之处在于保留了轨道的观念．量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现____________的地方，把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”．三、氢原子的能级、能级公式1．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：E n＝__________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝__________.(2)氢原子的半径公式：r n＝____________________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.2．氢原子的能级图能级图如图所示．重点阐述重点知识概述能级图中相关量意义的说明难点释疑1．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化(1)原子能量：E n ＝E kn ＋E pn ＝E 1n2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV.(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k n ＝ke 22r n，随r 增大而减小．(3)电势能通过库仑力做功判断电势能的增减． 当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加． 2．关于光谱线条数的两点说明(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n＝n (n －1)2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能；②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？温馨提示(2)由圆周运动规律、能量守恒定律和光电效应方程易解本题．记录空间【变式训练1】如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？【变式训练2】如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射出上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．易错诊所1．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．【注意】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E m和E n(m>n)间跃迁时发射光子的能量可由下式表示：hν＝E m－E n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hν＝E m－E n.【说明】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E≥13.6 eV时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．2．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、原子势能与原子能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p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n＝2时能量有余，而激发到n＝3时能量不足，则可激发到n＝2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(E＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．【典型例题2】试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．温馨提示大于或小于这个能量均不能发生上述跃迁．记录空间【变式训练3】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()①用10.2 eV的光子照射；②用11 eV的光子照射；③用14 eV的光子照射；④用动能为11 eV的电子碰撞．A．①②③B．①③④C．②③④D．①②④随堂演练1．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生了大角度的偏转，其原因可能是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中2．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是()A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子能量状态不可能是连续的C．原子中的电子在核外轨道上运动时，要向外辐射能量D．原子核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量3．卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构学说．如图所示的平面示意图中①、③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是()第3题图A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d4．已知氢原子的基态能量为－13.6eV，用能量为12.3eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于氢原子跃迁的说法中正确的是()A．原子能跃迁到n＝2的轨道上去B．原子能跃迁到n＝3的轨道上去C．原子能跃迁到n＝4的轨道上去D．原子不能跃迁到其他轨道上去5．(多选)(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A．氢原子的能量增加B．氢原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子(2)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系，若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多发出__________一条不同频率的谱线．第59讲 原子的核式结构模型氢原子光谱 原子能级知识整合 基础自测一、1.汤姆孙 2.卢瑟福 原来 90° 3.正电荷 质量二、1.(1)波长 (2)亮线 光带 (3)R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2 2.(1)不连续 稳定 (2)E m －E n (3)不连续的 不连续的 3.概率最大三、1.(1)1n2E 1 －13.6 eV (2)n 2r 1重点阐述【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能； ②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？【答案】 (1)2（hν－E i ）m(2)①13.6eV ②－27.2eV ③9.14×10－8m 【解析】 (1)由能量守恒得12mv 2＝h ν－E i ，解得电子速度为v ＝2（hν－E i ）m.(2)①设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则k e 2r 21＝mv 2r 1.所以电子动能E k1＝12mv 21ke 22r 1＝9×109×（1.6×10－19）22×0.53×10－10×1.6×10－19eV ＝13.6eV. ②因为E 1＝Ek 1＋Ep 1，所以Ep 1＝E 1－Ek 1＝－13.6eV －13.6eV ＝－27.2eV . ③设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1.所以λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m ＝9.14×10－8m. 【点评】 与能级有关的能量问题的规范求解1.一般解题步骤(1)分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程．(2)根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能． (3)原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子(或实物粒子)的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量．2.对氢原子能级跃迁的进一步理解 (1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E 初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E 初向高能级E 末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E 末－E 初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．(3)当光子能量大于或等于13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(4)原子还可以吸收外来实物粒子(例如自由原子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E ＝E m －E n )，均可使原子发生能级跃迁．(5)跃迁时电子动能、原子势能与原子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．变式训练1 (1)6种 (2)第4能级向第3能级跃迁 1.88×10－6m【解析】 (1)N ＝n （n －1）2＝4×（4－1）2种＝6种．(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能量差最小，辐射的光子波长最长．由hν＝E 4－E 3 得：h cλ＝E 4－E 3所以λ＝hcE 4－E 3＝ 6.63×10－34×3×108[－0.85－（－1.51）]×1.6×10－19m≈1.88×10－6 m.变式训练2 (1)12.75eV (2)如图所示 【解析】 (1)氢原子从n ＞2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足hν＝E n －E 2＝2.55eV ，E n ＝hν＋E 2＝－0.85eV ，所以n ＝4，基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应提供：ΔE ＝E 4－E 1＝12.75eV .(2)辐射跃迁图如图所示．【典型例题2】 试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．【答案】 1.22×10－7m【解析】 氢原子基态对应的能量E 1＝－13.6 eV ，电子在n ＝2的轨道上时，氢原子的能量为E 2＝E 122＝－3.4 eV ，氢原子核外电子从n ＝1轨道跃迁到n ＝2轨道需要的能量：ΔE ＝E 2－E 1＝10.2 eV ＝1.632×10－18J.由玻尔理论有：hν＝ΔE ，又ν＝c/λ，所以chλ＝ΔE.11 λ＝ch ΔE ＝3×108×6.63×10－341.632×10－18m ＝1.22×10－7m. 变式训练3 B 【解析】 由原子的跃迁条件知：氢原子在各能级间跃迁时，只有吸收能量值刚好等于某两能级能量之差的光子(即hν＝E 初－E 终)．由氢原子能级关系不难算出10.2 eV 刚好为氢原子n ＝1和n ＝2的两能级能量之差，而11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV 的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV 的动能．另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，由以上分析知选项B 正确．随堂演练1.A 【解析】 卢瑟福根据α粒子散射实验提出核式结构模型：在原子的中心有一很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间里绕核高速旋转．本题答案为选项A.2.BD 【解析】 根据玻尔模型中能级的量子化可知，A 错，B 正确；而原子核外电子处于不同能级时，电子虽然加速运动，但不向外辐射能量，C 错，D 正确．3.A 【解析】 α粒子的运动轨迹夹在速度与合力的方向之间并向合力的一侧偏转，沿②所示方向的α粒子所受原子核的作用力的合力方向向下，故轨迹为a ，即A 正确．4.D 【解析】 由E ＝13.6n 2 eV 可知： E 1＝－13.6 eV, E 2＝－3.4 eVE 3＝－1.51 eV, E 4＝－0.85 eV则：E 2－E 1＝10.2 eV<12.3 eVE 3－E 1＝12.09 eV<12.3 eVE 4－E 1＝12.75 eV>12.3 eV所以处于基态的氢原子不可能吸收该光子，因而氢原子不能跃迁到其他轨道上去．正确答案为选项D.5.(1)BD (2)6【解析】 (1)氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B 、D 正确．(2)氢原子发出的光谱线中有2条属于巴耳末线系，说明电子是从n ＝4能级向低能级跃迁的，因此可发出的谱线条数为n ＝C 24＝6(条)．。
高中物理 第2章 原子结构 2.4 氢原子光谱与能级结构教案 鲁科版选修35
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。