氢原子光谱和玻尔的原子模型ppt课件

爱因斯坦的光量子论
玻尔原子结构假说
假说1：
P86
+
n=1
n=2
n=3
n=4
n=∞
rn
v
-
轨道半径：
rn =n2r1
(r1 =0.53×10-l0 m)
P87
内层轨道能量低
+
n=1
n=2
n=3
n=4
n=∞
rn
v
-
P87
P87
5
43Βιβλιοθήκη 2E∞E５
E４
E３
高能级
（En）
辐射光子，原子能量减少
吸收光子克服库仑引力做功，
又无法解释原子光谱的分立特征。
经典理论的困难
核外电子绕核运动
（变化的电磁场）
辐射电磁波（能量减少）
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
事实上：原子是稳定的
辐射电磁波频率连续变化，连续光谱
辐射电磁波频率只是某些确定值，线状谱
经典理论无法解释原子的稳定性和光谱的分立性
P85-86
①
②
普朗克黑体辐
射的量子论
②吸收能量
② hv ≥13.6ev的光子（吸收光子发生电离）
实物粒子碰撞：入射粒子能量大于两个能级差
即可吸收
全吸收 或 部分吸收
电离：电子获得能量脱离原子核束缚成为自由电子（ n＝∞ ）的现象。
电离能：氢原子从某一状态跃迁到n＝∞时所需吸收的能量
电离能大小 = 氢原子处于各定态时的能级值的绝对值
电子从低能级（如基态）向高能级（如第一激发态）跃迁时，需要
理论的基本假设
规律
以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征．
经典理论的困难：既无法解释原子的稳定性，
又无法解释原子光谱的分立线状谱．
1．轨道量子化
2．定态
3．频率条件
玻尔理论对氢光
谱的解释
氢原子能级跃迁
目标一
玻尔理论对氢
光谱的解释
1.解释氢原子能级图
2.解释巴耳末公式
3.解释气体导电发光
4.解释氢原子光谱的不连续性
1．定义：用棱镜或光栅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
目标一 光谱
(1) 连续谱 (2) 线状谱
3．特征谱线：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．应用：光谱分析
氢原子光谱和
玻尔的原子模
型
目标二 氢原子
光谱的实验规律
目标三 玻尔原子
氢的吸收光谱
P85
原子为什么会发光呢？
P85
氢原子的光谱(可见光)
1
1 1
λ ＝R∞(22－n2)(n＝3,4,5，…)
汤姆孙发现电子
原子不可割
建立
否定 汤姆孙的枣糕模型
α粒子散射实验
建立
否定
卢瑟福的核式结构模型
完美？
卢瑟福原子核式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。但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，
吸收能量, 若给它10.1eV的能量，电子能否发生跃迁？ 10.4eV呢？
不能
不能
若给它大于13.6eV的能量呢？
原子能吸收，但吸收后原子
发生电离
从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
复合光被原子吸收了特定波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置
上便出现了暗线，这样的光谱叫做吸收光谱。
1

h
h
2
1.51 (3.4) 1.89
2

h
h
3
1
3.4 (13.6) 10.2
3

h
h
氢原子能级图
巴
尔
末
系
P88
解释巴耳末公式:
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
1
1 1
＝R
∞( 2－ 2)(n＝3,4,5，…)
λ
2 n
∞ 叫里德伯常量，∞ =1.10×107 m−1
5.解释不同原子具有不同的特征谱线
目标二
能级跃迁的几
种情况的对比
1.自发跃迁与受激跃迁的比较
2.光子与实物粒子的比较
3.一个氢原子跃迁和一群氢原子跃迁的区别
4.电离
目标三
玻尔模型的局限性
1.成功之处 2.局限性 3.电子云
作业
大量处于n=4能级的氢原子
最多能辐射出几种光？ 6种
大量处于n=5能级的氢原子
最多能辐射出几种光？ 10种
氢原子能级图
一个氢原子跃迁和一群氢原子跃迁的区别
一个处于n能级的氢原子：n-1种
大量氢原子跃迁：
①确定氢原子所处能级n
nn－1
②辐射多少种不同频率的光子：C2n＝ 2
③hν＝Em－En(m>n)，计算各种光子的频率.
P89
P89
根据量子力学，原子中电子的坐标没有确定的值。因此，
我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概
率是多少，而不能把电子的运动看成一个具有确定坐标
的质点的轨道运动。当原子处于不同的状态时，电子在
各处出现的概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表
示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，
人们形象地把它叫作电子云。
P90
自发跃迁与受激跃迁的比较
(1)自发跃迁： ①由高能级到低能级
（放能/光） ②以发出光子的形式释放能量 (发光)：hν＝E初－E末.
n(n 1)
③大量n能级：
种
2
全吸收 或 不吸收
(2)受激跃迁： ①由低能级到高能级
光照射：①hv＜13.6ev的光子
（吸能/光）
入射光子能量 = 两个能级差
P88
处于基态的原子非常稳定。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。当气体放电管中的气体导电时，其中的原子受
到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，之
后自发跃迁到基态并发光，这就是气体导电发光的机理。
自发跃迁
（原子发光）
P89
氢原子光谱的不连续性(线状谱)原因:
n=1
n=3 n=2
n=4
n=5
n=6
根据：E3-E2=hv ， λ=
(巴尔末系)


又 E3-E2=1.89 eV= 3.03 ×10-19 J
hc
6.57 107 m
所以，
E3 E2
玻尔理论还能很好地解释甚至预言氢原子其他谱线系
赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布喇开系
P88
思考与讨论
原子能量增加
E２
-
1
E１
hv
n
m
+
hv
低能级
（Em）
轨道与能级相对应
E3
E2
量
子
数
E∞
E５
E４
E３
5
4
3
2
E1
n=1 基
E２
第1激发态
n=2 激
n=3 激
1
E１
能级图
1
原子能量：En= 2

E1
基态
注意：En=Ek+EP
电子轨道图
随着 r 增大：En =Ek +EP
1.51 (13.6) 12.09
大量氢原子处于 n=4 的激发态，最多可辐射出多少种
不同频率的光？ 6种
E∞
处于激发态的原子不稳定，
5
4
E５
E４
自发地向较低能级跃迁，经
3
E３
过一次（直接跃迁）或几次
2
E２
（间接跃迁）跃迁到达基态。
1
E１
n(n 1)
大量氢原子处于n能级：
种
2
大量处于n=3能级的氢原子
最多能辐射出几种光？ 3种
把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。
食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢?
焰色反应，钠离子燃烧火焰为黄色，
每种金属离子有不同的颜色。
发出的黄光是钠原子能级跃迁造成的。
P84
光谱的形成
P84
发射的线状谱、
吸收光谱均可
P85
氢的发射光谱
发
射
光
谱
光
定义：由发光体直接产生的光谱
连续谱: 炽热的固体、液体和高压气体发光形成
线状谱: 稀薄气体或金属蒸气发光形成的光谱,一些不连续的明线组成，
（原子光谱）不同元素的线状谱不同
（明线光谱）
谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
吸
收
光
谱
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的
光谱形式：连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）
太阳光谱是吸收光谱，有暗线