第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型 [学习目标要求] 1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。2.知道氢原子光谱的实验规律。3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征。4.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。5.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。6.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。了解玻尔模型的不足之处及其原因。 光谱 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。 2．分类 (1)线状谱：光谱是一条条的亮线。 (2)连续谱：光谱是连在一起的光带。 3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，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不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。 4．光谱分析：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－13 kg时就可以被检测到。 [想一想] 不同物体发出的不同光谱如图所示。 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ (2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 提示：(1)钨丝白炽灯的光谱是连续谱，其他三种光谱既有线状分立谱又有连续谱。 (2)不同。 氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难 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，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。 (2)巴耳末公式 ①公式：＝R∞(－) (n＝3，4，5，…)。 ②意义：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)核式结构模型的成就：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。 [判一判] (1)氢原子光谱是利用氢气放电管获得的。(√) (2)由巴耳末公式可以看出氢原子光谱是线状谱。(√) 玻尔原子理论的基本假设 1．轨道量子化 (1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。 (2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是量子化的。 (3)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 (1)当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。 (2)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。 3．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，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝En－Em，该式称为频率条件，又称辐射条件。 玻尔理论对氢光谱的解释 1．氢原子能级图(如图所示) 2．解释巴耳末公式 巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 3．解释气体导电发光 通常情况下，原子处于基态，非常稳定，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．解释氢原子光谱的不连续性 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。 5．解释不同原子具有不同的特征谱线 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。 [判一判] (1)玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系。(√) (2)处于基态的 ... ...
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