4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型（課時2）玻爾從他的三條假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運(yùn)動定律，計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量。新課引入氫原子能級圖(r1=0.053nm)氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運(yùn)動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，因為在選無窮遠(yuǎn)處電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值，且其大小總大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)能量值均為負(fù)值。玻爾理論是如何解釋氫光譜的呢？1.

驗證巴爾末公式一、玻爾理論對氫光譜的解釋

根據(jù)玻爾理論，氫原子核外只有一個電子，它繞原子核做圓周運(yùn)動，軌道半徑和能量都是分立的。+v-hv=E3-E2

因此，巴耳末公式代表的應(yīng)該是電子從量子數(shù)分別為n=3，4，5，…的能級向量子數(shù)為2的能級躍遷時發(fā)出的光譜線。一、玻爾理論對氫光譜的解釋請同學(xué)們用這幾個公式推出巴耳末公式結(jié)果與實(shí)驗值符合的很好－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540nE/eV∞賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系一、玻爾理論對氫光譜的解釋2.解釋并預(yù)言氫原子其他譜線系在巴耳末公式中如果把分母中的2換為其他自然數(shù)，就得到了其他譜線系的波長。它們對應(yīng)于氫原子從較高能級向其他能級躍遷時輻射的光。玻爾理論也能很好地解釋甚至預(yù)言氫原子的其他譜線系，即氫原子從高能級向m＝1，3，4，5能級躍遷，也會產(chǎn)生相應(yīng)的光譜。它們也都被實(shí)驗觀測到了，分別稱為賴曼系、帕邢系、布喇開系等。3.玻爾理論解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光一、玻爾理論對氫光譜的解釋現(xiàn)在建筑上常要安裝各式各樣的霓虹燈，用以夜間裝飾。如圖所示，各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量各異，因此利用不同氣體可制成五顏六色的霓虹燈。這其中蘊(yùn)含著什么物理道理？通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的。

氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)。

處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。能級是分立的，放出光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。說明1：（1）這里的能量指總能量(即E=Ek+Ep)例如：E1=-13.6eV實(shí)際上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2）這里的電勢能Ep＜0，原因是規(guī)定了無限遠(yuǎn)處的電勢能為零。這樣越是里面軌道電勢能越少，負(fù)得越多。(3)量子數(shù)n=1定態(tài)，能量值最小，電子動能最大，電勢能最??；量子數(shù)越大，能量值越大，電子動能越小，電勢能越大.（4）躍遷時電子動能、原子電勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減小．反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大．一、玻爾理論對氫光譜的解釋

說明2：1、從高能級向低能級躍遷–發(fā)射光子以光子形式輻射出去（原子發(fā)光現(xiàn)象）2、

從低能級向高能級躍遷（吸收的能量哪里來？）對于能量小于13.6ev的光子（要么全被吸收，

要么不吸收）對于能量大于或等于13.6ev的光子（電離）（1）吸收光子（2）吸收實(shí)物粒子能量

只要實(shí)物粒子動能足以使氫原子向高能級躍遷,就能被氫原子吸收全部或部分動能而使氫原子向高能級躍遷,多余能量仍為實(shí)物粒子動能。一、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級圖電離態(tài)氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)．對于量子數(shù)為n的一群氫原子，向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為N=說明3.一群原子和一個原子的躍遷問題一、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級圖氫原子能級圖用光子能量在10~12.9eV范圍內(nèi)的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，能放出幾種不同頻率的光？一、玻爾理論對氫光譜的解釋典例1．1.玻爾理論的不足之處在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動。2.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗規(guī)律。但對于稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氦原子，玻爾理論就無法解釋它的光譜現(xiàn)象。二、玻爾理論的局限性修正波爾理論必須徹底放棄經(jīng)典概念，用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念→建立量子力學(xué)二、玻爾理論的局限性原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述電子在某個位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。

湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α

粒子散射實(shí)驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實(shí)氫光譜實(shí)驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)矛盾?玻爾模型復(fù)雜（氦）原子光譜量子力學(xué)理論玻爾模型出現(xiàn)矛盾否定建立否定建立出現(xiàn)矛盾否定建立否定建立原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展過程一、玻爾理論對氫光譜的解釋1.

驗證巴爾末公式2.

用圖表示氫原子各能極3.

解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光與特征譜線二、玻爾理論的局限性無法解釋復(fù)雜原子的光譜，原因是沒有拋棄經(jīng)典理論知識總結(jié)典例2．典例精析

A.巴耳末系的4條譜線位于紅外區(qū)B.公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜C.公式中n只能取大于或等于3的整數(shù)，故氫原子光譜是線狀譜D.在巴耳末系中n值越大，對應(yīng)的波長λ越短√√教材書后習(xí)題1.

什么是線狀譜，什么是連續(xù)譜？原子的發(fā)射光譜是怎樣的光譜？不同原子的發(fā)射光譜是否有可能相同？教材書后習(xí)題2.

參考圖，用玻爾理論解釋，當(dāng)巴耳末公式n＝5時計算出的氫原子光譜的譜線，是哪兩個能級之間的躍遷造成的？根據(jù)巴耳末公式，n=5時計算出的氫原子光譜的譜線是量子數(shù)為5的能級躍遷到量子數(shù)為2的能級形成的教材書后習(xí)題3.

根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)波長最長的前兩條譜線所對應(yīng)的n

，它們的波長各是多少？氫原子光譜有什么特點(diǎn)？4.

如果大量氫原子處在n＝3的能級，會輻射出幾種頻率的光？其中波長最短的光是在哪兩個能級之間躍遷時發(fā)出的？教材書后習(xí)題大量原子處在n=3的能級上，能輻射3中頻率的光。波長最短的光是從n=3的能級躍遷到n=1的能級時發(fā)出的光教材書后習(xí)題5.

請用玻爾理論解釋：為什么原子的發(fā)射光譜都是一些分立的亮線？由于原子能級是分立的，能級差也是分立的，輻射的光子的能量也是分立，有確定的頻率，所以原子光譜只有一些分立的亮線教材書后習(xí)題6.

要使處于n＝