氢原子光谱与玻尔的原子模型PPT课件

2、氢气发光时的光谱
思考与讨论
氢原子光谱有什么特点？
2、氢气发光时的光谱
光谱特点：
1.不连续，只是些亮线组成 2.不同色，每种颜色对应着一种波长 3.不等距，相邻两种光的波长间距不相同
明线光谱：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。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。
人们早在了解原子内部结构之前就已经观 察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气 体光谱只有几条互不相连的特定谱线
玻尔的原子模型
五、玻尔的原子结构假说
1913年玻尔提出了自己的原子结构假说
1、围绕原子核运动的电子轨道半 径只能是某些分立的数值，这些 现象叫做轨道量子化；
2、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；
连续光谱：
连续光谱：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。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。
是否所有物质发的光都是这样的光谱？
观察氢原子的光谱实验：
1.装置：
氢气光谱管
分光镜
高2压~发3k生v器
n 1 n2 n3
n4
电子轨道
E
E
4 3
激 发
E 2 态
E 1 基态
能级
光子的发射和吸收
原子在始、末 两个能级Em和En （ Em>En ）间跃 迁时发射光子的 频率可以由下式 决定：
hEmEn
六、玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛 顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半 径和对应的能量．
夫兰克—赫兹实验（1914）
实验 装置
K极 电压V G极 G极 加反向电压 P极
电子在其中的运动简单描述:
热阴极
K V
栅极 接受极
GPA
从热阴极K发出,经UGK电场加速运动到栅极G； 由于接受极电压小于栅极电压，电子在G—>P过程中将减速；
只有到G极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场UPG到达接 受极板P，从而才可能通过回路，形成电流。
玻尔理论的基本假设
能级的跃迁假设: 当原子从一种定态跃迁道另一 种定态时，它要发射(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
hv= E初- E末
E初>E末 发射光子， E初<E末吸收光子
En
Em
hv
hv
Em
En
光子的发射和吸收
轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿 不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的能量状 态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是 不连续的。
汞原子选择吸收，其内存在
到达P极的电子增加。 为 一个能量为4.9eV的量子态。
I,
什 电子能量小于4.9eV时，电子
形成一峰值
么 碰撞汞原子时其能量几乎没
(3) 每隔V=4.9v，就有 一 峰值出现。
? 有损失。电子能量=4.9eV？ =2*4.9eV ？…
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射 的电磁波的问题，但是也有它的局限性．
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。
4.光谱分析及应用
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物质的化学组 成。这种方法叫做光谱分析。
二、光谱分类
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。
2.吸收光谱：
特点：在连续光谱上 缺失了某些成份的光
成因：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。
3.发射光谱与吸收光谱的对应关系：
（1）检测半导体材料硅和锗等的纯度
（2）发现新元素
（3）利用光谱分析可以研究天体的物质成分
（4）利用光谱分析可以研究原子结构
反馈练习
关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是 ( D ) A．日光灯产生的光谱是连续光谱 B．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对 应的元素 C．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份 D．连续光谱是不能用来作光谱分析的
著名的 粒子散射实验
四、经典的电磁理论的困难
按照经典物理学的观点去推 断，在轨道上运动的电子带有电 荷，运动中要辐射电磁波，电子 损失了能量，其轨道半径不断缩 小，最终落在原子核上．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．
事实上，原子 是稳定的，辐射电 磁波的频率也只是 某些确定的值．
玻
3、原子在不同的状态之中具有不
尔
同的能量，所以原子的能量也是
量子化的。
玻尔理论的基本假设
现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。
1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础 上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提 出假设：
能量量子化假设：原子只能处于一系列 不连续的能量状态中，在这些状态中原 子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并 不向外辐射能量。这些状态叫定态
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
rn n2r1
氢 原 子
En
1 n2
E1
能 级
n1,2,3
高能级
∞
12 .8eV ４５ 12 .1eV ３
10 .2eV ２
n
0eV １
低能级
氢原子能级结构
普丰德系
布喇开系
帕邢系
巴耳末
吸
放
收
出
能
能
量
量
赖曼系
以无穷远处为参考位置
0 eV -0.54eV -0.85eV -1.51eV -3.4eV
氢原子的能级
能级：原子的各个定态的能量值就叫做它的能级 基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1
(n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。 激发态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较
高的能级E2，E3…上，这些能级对应的定态 称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃 迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就 是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能 级间的能量差。
En
-13.6eV
例题：用12.75eV的光子照射一群基态的氢原子。(1)试确定 氢原子所能达到的能级； (2) 所处能级自发地向较低的能级 跃迁的过程中，最多可放出多少条频率不同的光谱线？
解：（1） E n ＝ E 1 1.7 2 5 0 .8e 5V
En
E1 n2
n E1 13.6 4 En 0.85
E4n E2 11 42.3 60.8e5V
（2）6条
n=4
n=4
n=3 n=2 n=1
反馈练习
氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远 的轨道过程中 ( D )
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的 电势能增大，原子的能量增大
B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的 电势能减小，原子的能量也减小
基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。
激发态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较 高的能级E2，E3…上，这些能级对应的定态 称为激发态。
处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能 级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐 射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的 能量等于两能级间的能量差。
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的 电势能减小，原子的能量增大
D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的 电势能增大，原子的能量增加
夫兰克—赫兹实验
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。
因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。
（1）调节UGK两端电压，回路中电流将增加。（单调关系） （2）容器内充满气体又如何？
300 实验结果: 200 100
获得 1925 年诺 贝尔 物理 学奖
热阴极
栅极
汞 蒸G P K气
接受极 A
V
0
5
10 （V）15
(2)V=4.9v后，
(1) 改变V，V , Ek , I ,
氢原子光谱与玻尔 的原子模型
复习回顾
1、汤姆生通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。 2、卢瑟福根据α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型。
氢原子光谱
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三 棱镜后的色散现象
一、什么是光谱？
光谱，全称是光学频谱，是复色光通过色散 系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光 的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图 案。
在解决核外电子的运动时 成功引入了量子化的观念
同时又应用了“轨 道”等经典概念和 有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决 其他问题上遇到了很大的困难．
电子在某处单位体积内出现的 概率——电子云
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐 射的频率条件问题，把原子结构的理 论向前推进了一步 ．
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
三、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。
红
绿
巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究
巴耳末公式
N > 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区，看不见）
－1
巴耳末系 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
氢原子光谱的其他线系
紫
外 线
莱曼线系
区
1
R
1 12
1 n2
n2， 3,4,
红 外 帕邢系 区
1
R
1 32
1 n2
n4,5,6,
还 有 三
布喇开系
1
R
1 42
1 n2
n5,6,7，
个 线 系
普丰特系
1
R
1 52
1 n2
n6,7， 8，
四、经典的电磁理论的困难
19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的大 门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各 种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释 实验现象，得到了多数人的支持，但是与经典的 电磁理论发生了矛盾．