原子结构氢原子光谱理解玻尔理论对氢原子光谱的解释
无机化学第八章 原子结构
③光谱线在磁场中的分裂；
除基态外的其它状态 —— 激发态
电子尽可能处于离原子核最近、 势能最低的—— 基态。
∵ 放出光子的能量大小取决于两个能级之间的能量差， ∴不同能级间的跃迁所得谱线不同。
三、玻尔理论的合理性和局限性
冲破了经典物理的束缚，用能量量子化成功解释了单电子体系 产生光谱的原因。
缺陷在于勉强加进了一些假定，认为电子的运动符合经典力学 运动定律，有固定轨道，无法解释下述实验结果：
是量子化的。变化的不连续是指量的变化有一个最小单位。
电量是量子化的—Байду номын сангаас其最小单 位是一个电子所带的电量，
而长度、面积、时间、 速度则是非量子化的。
2）轨道能级------- 一个原子有多个定态轨道，不同的定态轨道 势能 不同，这些不同的势能状态称为：能级。
激发态原子发光的原因：
当电子从较高的能级跃迁回较低的能级时，原子会以光子形式 放出能量—— 激发态原子发光的原因。
这四条谱线是如何产生的？？？
二、玻尔的氢原子模型理论 模型的要点
该氢原子模型是在牛顿力学和 量子论的基础上建立的。
1）定态轨道—— 电子只能在以原子核为中心的某些圆形轨道上
运动。这些轨道的能量是量子化的, 且其状态
不随时间而改变, 故称为：定态轨道。
何谓量子化？
在物理学上, 若某一物理量的变化是不连续的, 则该物理量就
第八章 原子结构
§8.1氢原子光谱和玻尔理论 一、氢原子光谱
1、 光谱——复合光经过色散系统分光后，按波长（或频率）的大 小依次排列的图案。 红外光谱(0.75m ~ 1000 m)
按波长区域划分 可见光谱(400nm ~ 750nm) 紫外光谱(10nm ~ 400nm)
氢原子光谱 玻尔理论
20 世纪经典物理遇到的困难普朗克能量子假说爱因斯坦光量子假说经典物理学在进入20世纪以后，受到了冲击。
经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。
玻尔在原子结构中引入量子化解释氢原子光谱很早人们就知道，气态原子被火花、电弧或其他方法激发可以发光，经棱镜分光后，能得到不连续的线状光谱。
气态原子棱镜屏幕看似杂乱无章的光谱线是否有规律？？Rydberg 提出以一个经验的公式：22111=H R c n mm n νλ⎛⎫=-> ⎪⎝⎭其中，R H =1.09677576×107m -1是氢的Rydberg 常数。
经验公式背后的物理意义？？原子结构=1m =2m =3m =4m =5m =6m根据卢瑟福的原子核式结构模型，氢原子中核外电子会绕原子核做圆周运动。
是否能解释发光的物理机制？原子坍塌灾难根据经典电磁理论，电子加速运动，要辐射电磁波,电子能量减小，圆周运动半径减小。
（1）定态轨道（2）定态跃迁1913年，时年28岁丹麦人玻尔在卢瑟福实验室做博士后，就原子结构模型提出了两点假设：r n =L r p =⨯r μυ=⨯r μυ=n r μυ=质量为，速度为υμ（1）定态轨道电子只能处在特定的轨道上绕原子核转动，并不往外辐射能量。
电子的这种稳定的状态叫做定态。
轨道必须满足量子化条件：电子的角动量L 只能取的整数倍，即( n=1,2,3, … )L n=4222s n e E n μ=- =电子在定态轨道上的能量2212se E r μυ=-电子做圆周运动的向心力是库仑力提供的2222204s e Ze r r r μυπε==向心力库仑力联立两式,可得2s e n υ=222s n r e μ=r n =L r p =⨯r μυ=⨯r μυ=n r μυ=质量为，速度为υμ（2）定态跃迁电子可以从一个能级E n 跃迁到另一个较低（高）的能级E m ，同时将发射（吸收）一个光子。
教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第4章 原子结构 光谱 氢原子光谱 玻尔的原子模型 能级
内
容
索
引
01
自主预习·新知导学
02
合作探究·释疑解惑
03
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、光谱及光谱分析
1.光谱。
(1)定义:复色光通过分光镜后,分解为按波长顺序排列的一条单色光光带,
称为光谱。
(2)分类
①根据特征分
连续光谱:由波长连续分布的光组成的光谱。
明线光谱:由分立的光谱线组成的光谱。
特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收,从而使我们观察
到的太阳光谱是吸收光谱,分析太阳的吸收光谱,可知太阳大气层的物质组
成,因此,选项C正确,A、B、D错误。
知识点二
氢原子光谱的规律
【问题引领】
(1)氢原子光谱是什么光谱?它是如何获取的?
(2)能否根据巴耳末公式计算出对应的氢光谱的最长波长?
②根据成因分
发射光谱:由发光物质所发的光直接产生的光谱。如连续光谱(炽热的固体、
液体及高压气体发光产生的光谱)和明线光谱(稀薄气体发光产生的光谱)。
吸收光谱:白光通过元素蒸气时被吸收一些特定频率的光形成的谱线,也称
暗线光谱。
(3)原子光谱:同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中暗线的位置是相
同的,称为这种原子的特征光谱,也称原子光谱。
不同。
光谱分析的意义:考古学家对文物进行无损检测;科学家发现未知元素并测
出太阳大气外层的元素组成;医学上分析药物组成、进行肿瘤诊断等为治
疗提供依据;进行食品检测为健康保驾护航;分析空气质量、探测环境污染;
天文学家发现有机分子、分析宇宙起源等。
【归纳提升】
1.光谱的分类
氢原子光谱玻尔氢原子理论
根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量 量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的 电子轨道半径。
玻尔的氢原子理论
rn n2 (m0he22 ),n 1,2,3,
r1 0.5291010m 玻尔 半径
电子处在半径为 rn的轨道上运动时，可以计
算出氢原子系统的能量 En为
En
1 n2
பைடு நூலகம்
(8m0e2h4 2 ), n
● 量子化条件的引进没有适当的理论解释。 ● 对谱线的强度、宽度、偏振等无法处理。
氢原子光谱
例题18-6 在气体放电管中,用能量为12.5eV的电子通 过碰撞使氢原子激发,问受激发的原子向低能级 跃迁时,能发射那些波长的光谱线?
解： 设氢原子全部吸收电子的能量后最高能激发到第n
个能级，此能级的能量为
态跃迁到另一能量为 Ek的定态时，就要发射
或吸收一个频率为 kn 的光子。
kn
En
Ek h
玻尔频率公式
玻尔的氢原子理论
（3）量子化条件 在电子绕核作圆周运动中，
其稳定状态必须满足电子的角动量 L等于 h
的整数倍的条件。
2
L n h , n 1,2,3,
2
n为量子数
角动量量子化条件
3. 氢原子轨道半径和能量的计算
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
1. 氢原子光谱的规律性
原子发光是重要的原子现象之一， 光谱学 的数据对物质结构的研究具有重要意义。
氢原子谱线的波长可以用下列经验公式表示：
~
R(
1 k2
1 n2
)
~ 1
k 1,2,3, n k 1, k 2, k 3,
波数
R 1.096776 107 m-1 里德伯常量
氢原子的能级与光谱.
氢原子的能级与光谱·爱因斯坦1905年提出光量子的概念后，不受名人重视，甚至到1913年德国最著名的四位物理学家(包括普朗克)还把爱因斯坦的光量子概念说成是“迷失了方向”。
可是，当时年仅28岁的玻尔，却创造性地把量子概念用到了当时人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型，解释了近30年的光谱之谜。
§1 氢原子的能级与光谱一、玻尔的氢原子理论(一)玻尔的基本假设1.定态假设：原子只可能处于一系列不连续的能量状态E1, E2, E3,…。
处于这些状态的原子是稳定的，电子虽作加速运动，但不辐射电磁波。
2.频率条件：原子从某一定态跃迁至另一定态时，则发射(或吸收)光子，其频率满足玻尔在此把普朗克常数引入了原子领域。
(二)玻尔的氢原子理论 1.电子在原子核电场中的运动(1)基本情况：核不动；圆轨道；非相对论。
(2) 用经典力学规律计算电子绕核的运动·电子受力：·能量：得f f = - 14πε0 ( )Ze 2r 21 ε0 ( ) Ze2 r = m ( )υ2r1 2E = m υ2 - 1 4πε0 ( ) Ze2 r E = -Ze 28πε0r2.轨道角动量量子化条件玻尔假定：在所有圆轨道中，只有电子的角动量满足下式的轨道才是可能的。
玻尔引进了角动量的量子化。
3.轨道和速度 ·r n = n 2r 1 ,(玻尔半径) r 1= 0.529 Å· υn= υ1/n ，4πε0h 2 r 1 = ( me 2 )( ) 1 Z 4πε0hυ1 = Ze 2)可见, 随n↑⇒r n↑，υn↓4.能级---能量量子化将r n代入前面E式中，有n = 1,2,3,…)R：里德伯常数(见后)基态能量：E1= -13.6 eV可见，随n↑⇒E n↑，∆E n↓*玻尔的理论是半经典的量子论：对于电子绕核的运动，用经典理论处理；对于电子轨道半径，则用量子条件处理。
氢原子光谱和波尔的原子结构模型
我们知道了核外电子排布，那核外电子 是如何运动的呢？
模
型
原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几 乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同 的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。
卢瑟福的原子结构理论遇到的问题
根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的时候会放出电 磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转的电子，因为能量逐渐减小 ，应当沿着一条螺旋形的轨道转动，离中心的原子核越来越近，最 后碰在原子核上。这样一来，原子就被破坏了。
100年后：汤姆逊用发现了电子，并且在各种元素的 原子中都有电子。这样看来，原子就不是不可再分的 了！也就是说，原子不是最最基本的物质粒子了！
1903
汤 姆 逊（ 原 子年 模） 型
原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌 着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
1911
卢
瑟
福（
原
子
年 ）
3、洪特规则
在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不 同的轨道，且自旋状态相同
练习：写出：碳、硫、钛（22Ti）的轨道表示式
练习：请写出下列元素原子的电子排布图。
钪21Sc， 铬24Cr, 铁26Fe, 铜29Cu, 砷33As
洪特规则的特例：
对于能量相同的轨道(同一电子亚层)，当电子排布处 于全满（s2、p6、d10、f14）、半满（s1、p3、d5、f7）、全 空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定，整个体系的能量最低。
【现学现用】焰火、霓虹灯探密
用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放 时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释 发光的原因： __燃__烧__时__，__电__子__获__得__能__量__，__从__能__量__较__低__的__轨__道__向__能__量__较__ _高__的__轨__道__跃__迁__，__跃__迁__到__能__量__较__高__的__轨__道__的__电__子__处__于__一___ _种__不__稳__定__的__状__态__，__它__随__即__就__会__跃__达__到__能__量__较__低__的__轨__道___ _，__并__向__外__界__以__光__能__的__形__式__释__放__能__量_。
氢原子光谱、玻尔理论、德布罗意波
~ = R( 1 − 1 ) ν 赖曼系 12 n2 ~ = R( 1 − 1 ) 帕邢系 ν 32 n2 ~ = R( 1 − 1 ) 布喇开系 ν 42 n2 ~ 普芳德系 ν = R( 1 − 1 ) 52 n2
巴尔末系
~ = 1 = R( 1 − 1 ) , v λ 22 n2
态能量 态能量 ( n > 1)
E n = E1 n
2
基态 n =1
−13.6
（47）氢原子光谱、玻尔理论、德布罗意波 47）氢原子光谱、玻尔理论、
玻尔理论对氢原子光谱的解释
hν = Ei − E f
4
E1 En = 2 n
~ = 1 = ν = E1 ( 1 − 1 ) v c hc n 2 n i2 λ f 其中 ni > n f
在可见光范围内的谱线即为所求。 在可见光范围内的谱线即为所求。 可见光的谱线为巴耳末线系。 可见光的谱线为巴耳末线系。 在此为m=4和m=3跃迁到 在此为 和 跃迁到 n=2的两条，波长为： 的两条， 的两条 波长为：
n =4 n =3 n =2 n =1
λ42 = 486.1nm
m λ32 = 656.3n
E m e 1 = 2 3 = .097×107 m−1 ≈ R 里德伯常量） （里德伯常量） 1 hc 8 0 h c ε 氢 n=∞ E∞ = 0 原 n=4 子 与光 布 n=3 能 谱 n=2 级
跃 迁 系
n =1
E
（47）氢原子光谱、玻尔理论、德布罗意波 47）氢原子光谱、玻尔理论、
（1）将一个氢原子从基态激发到 ）将一个氢原子从基态激发到n=4的激发态需要 的激发态需要 多少能量？ 多少能量？（2）处于 ）处于n=4的激发态的氢原子可发出 的激发态的氢原子可发出 多少条谱线？ ）其中多少条为可见光谱线， 多少条谱线？ （3）其中多少条为可见光谱线，其 光波波长各多少？ 光波波长各多少？ 解： 1）使一个氢原子从基态激发到 （ ） n=4 激发态需提供能量为 E1 ∆E = E4 − E1 = 2 − E1 4 −13.6 = − ( −13.6 ) 2 4 = 12.75eV ≈ 2×10−18 J
氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
Hale Waihona Puke 内容：无法同时精确测量粒子的位置和动量 提出者：海森堡 意义：否定了经典物理学的确定性和因果关系 对玻尔原子结构模型的影响：解释了原子光谱的离散性
光的波粒二象性：光既具有波动特性又具有粒子特性 德布罗意波长公式：λ=h/p其中λ是波长h是普朗克常数p是动量 光的粒子性：光子是光的基本单位具有能量和动量 光的波动性：光在空间中传播形成电磁波具有频率和波长
受普朗克、爱因斯坦等物理学家的量子理论启发玻尔提出了自己的原子结构模型。
PRT FIVE
对应原理是玻尔原子结构模型的理论基础它认为电子只能在特定的轨道上运动每个轨道对应 一定的能量。 玻尔引入了量子化的概念认为电子只能存在于具有确定能量的稳定状态中这些状态称为定态。
对应原理还指出当电子从一个定态跃迁到另一个定态时会释放或吸收一定频率的光子。
,
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
发现者：罗伯特·米立根 时间：19世纪末 实验装置：真空管和棱镜 意义：揭示了氢原子光谱的存在和特征
稳定性：氢原子光谱具有高度的稳定性是研究原子结构的重要手段。 连续性：氢原子光谱线覆盖了从长波到短波的连续范围为研究原子能级提供了重要信息。
PRT SIX
1913年玻尔提出了原子结 构模型
模型基于经典力学和量子 化假设
模型成功解释了氢原子光 谱线
模型为后续原子结构研究 奠定了基础
提出假设：玻尔在1913年提出了氢原子光谱的假设奠定了玻尔原子结构模型的基础。
解释实验现象：玻尔的原子结构模型能够解释氢原子光谱的实验现象如巴尔末公式和里德伯公式等。
玻尔的氢原子理论
玻尔的氢原子理论
为此,J.汤姆孙在1904年提出了原子结构的枣糕式模型.该模型认 为，原子可以看作一个球体，原子的正电荷和质量均匀分布在球内， 电子则一颗一颗地镶嵌其中.1909年，J.汤姆孙的学生卢瑟福为了验证 原子结构的枣糕式模型，完成了著名的α粒子散射实验.实验发现α粒 子在轰击金箔时，绝大多数α粒子都穿透金箔，方向也几乎不变，但 是大约有1/8 000的α粒子会发生大角度偏转，即被反弹回来.这样的 实验结果是枣糕式模型根本无法解释的，因为如果说金箔中的金原子 都是枣糕式的结构，那么整个金箔上各点的性质应该近乎均匀，α粒 子轰击上去，要么全部透射过去，要么全部反弹回来，而不可能是一 些穿透过去，一些反弹回来.
玻尔的氢原子理论
二、 原子结构模型
1897年，J.汤姆孙发现了电子.在此之前，原 子被认为是物质结构的最小单元，是不可分的，可 是电子的发现却表明原子中包含带负电的电子.那 么，原子中必然还有带正电的部分，这就说明原子 是可分的，是有内部结构的.执着的科学家就会继 续追问：原子的内部结构是什么样的？简洁的里德 伯光谱公式是不是氢原子内部结构的外在表现？
玻尔的氢原子理论
三、 玻尔的三点基本假设
为了解决原子结构有核模型的稳定性和氢原子光谱的分 立性问题，玻尔提出以下三个假设：
（1）定态假设.原子中的电子绕着原子核做圆周运动， 但是只能沿着一系列特定的轨道运动，而不能够任意转动， 当电子在这些轨道运动时，不向外辐射电磁波，原子系统处 于稳定状态，具有一定的能量.不同的轨道，具有不同的能 量，按照从小到大的顺序记为E1、E2、E3等.
玻尔的氢原子理论
可是这个模型却遭到很多物理学家的质疑.因为按照当时的物 理理论（包括经典力学、经典电磁理论及热力学统计物理），这 样一个模型是根本不可能的，原因有以下两个：
氢原子光谱实验规律 波尔理论
二、卢瑟福的原子有核模型
1. 卢瑟福的原子有核模型
1911 年卢瑟福根据 α 粒子散射实验结果建立 了原子的有核模型。
① 所有正电荷和几乎所有的原子 质量都集中在原子中心的一个 非 常 小 （ R≤10-15m ） 的 体 积 内， 这就是“原子核”；
② 原子中的电子围绕原子核转动；
③ 带正电的核和带负电的电子间 的静电引力把整个原子结合在 一起。
解： 赖曼系
1
R(112
1 n2
)
1/[R(1n12)] 其 中 R 1 .0 9 7 1 0 2 n m 1
n = 2 时对应最长波长 max 121.5nm
n = ∞时对应最短波长 min 91.2nm
帕邢系
1/[1.097
104
(
1 32
1 n2
)](nm)
53 1282nm
例题2 ：
% R(612n 12) n7,8,9,L
3) 氢原子光谱规律
氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数可用 一普遍公式来表示：
v% 1
R
1 k2
1 n2
（广义巴尔末公式）
式中： k1,2,3L, n k 1 ,k 2 ,k 3 ,L
对应一个 k 就构成一个谱线系。
里兹组合原理：任一条谱线的波数都可以写成两 项之差的形式，即
• 每一谱线的波数都可以表示为二个光谱项之差
% T (k)T (n )
%
1
R
1 k2
1 n2
---广义巴尔末公式
表面上如此繁杂的光谱线竟然由一个式 子简单地表示，这不能不说是一项出色的成 果，但公式是凭经验凑出来的，它为什么与 实验符合得如此好，在公式问世将近三十年 内，一直是个谜。
玻尔对氢原子光谱的解释
第十一章 量子论初步
第三节 能级
卢瑟福的核式结构模型
19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界 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．
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；
3、原子在不同的状态之中具有不 同的能量，所以原子的能量也是 量子化的。
玻 尔
玻尔对氢原子光谱的解释
（1）人们在提出氢原子理论很久前就发现氢光谱 的谱线很有规律，它们遵从巴耳末公式
1 1 RH ( 2 2 ) 2 n
1
n＝3，4，5……
从这个公式中很容易地看出，氢光谱线的特点是 不连续的．这一公式反映了氢光谱的规律性 ．介 绍过巴耳末公式后，可向学生指出：表面上如此 复杂的光谱线竟能用如此简单的公式表示，这里 面一定有着什么规律性的东西．
（2）由玻尔原子理论中能级公式及跃迁理论，
n=2时的能级的电子云图
形式与巴耳末公式十分相像．理论计算的
值与实验 测得的值符合 得很好，这样用玻
尔理论就很好地解释了氢光谱线的规律。
玻尔原子理论不仅对巴耳末公式给以精确 的解释，而且对其他线系也给出了很好的 说明．
氢原子的能级图
玻尔的定态假设和氢原子能级
（3）氢原子的能级图可以形象地表示氢原子所处的
玻尔原子理论对氢光谱的解释
三、玻尔原子理论对氢光谱的解释教学目的：◆了解玻尔原子理论的成功之处及局限性1、 知道巴耳末公式2、 了解如何用玻尔原子理论解释氢原子光谱3、 了解玻尔理论的局限性。
教学重点：玻尔原子理论对氢光谱的解释教学过程：（一） 组织教学（二） 复习提问1、玻尔原子理论的内容是什麽？2、玻尔原子理论中计算氢原子电子的各条可能轨道的半径和电子在各条轨道上运动时的能量公式是什麽？1212121E E h E n E r n r n n -===ν （三） 引入：看课本彩图4，找氢原子光谱在可见光区的四条谱线波长：mH mH mH mH μμμμδγβα4101.04340.04861.06562.0（四） 新授1、 氢光谱的实验规律：即巴耳末公式：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=221211n R λ， n=3,4,5,┅┅ 其中λ是氢原子光波的波长，R 为里德伯常量实验值为R=1.096776×107m -12、 玻尔理论导出的氢光谱规律：按玻尔的原子理论，氢原子的电子从能量较高的轨道n 跃迁到能量较低的轨道2时辐射出的光子能量：2E E h n -=ν 但：212212,E E n E E n ==， 由此可得： ,121221⎪⎭⎫ ⎝⎛--=n E h ν 由于λνc=，所以上式可写作：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=2211211n hc E λ，此式与巴耳末公式比较，形式完全一样，里德伯常量17110097373.1-⨯=-=m hc E R 与实验符合的很好。
由此可知，氢光谱的巴耳末线系是电子从 n=3,4,5,6,等能级跃迁到n=2的能级时辐射出来的。
玻尔原子理论还解释了帕邢系（在红外区），预言了当时未发现的氢原子的其他光谱线系。
氢原子能级图3、 玻尔理论的局限性（1） 玻尔原子模型在解释氢原子光谱上获得成功，而对核外电子较多的原子，理论与实验相差很多，玻尔理论不再成立，取而代之的是量子力学。
（2） 玻尔理论的成功之处在于它引入了量子的观念，失败之处在于它保留了过多的经典物理理论。
4.4氢原子光谱和波尔的原子模型(原卷版)
4.4氢原子光谱和波尔的原子模型基础导学要点一、氢原子光谱和玻尔的原子模型（一）光谱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(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：气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，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。
（二）氢原子光谱的实验规律1．许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索原子结构的一条重要途径。
2．氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式：1λ＝R∞(122－1n2)(n＝3,4,5，…)式中R为里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n取整数。
3．巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
（三）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线状谱。
（四）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(填“连续变化”或“量子化”)；(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．能量最低的状态称为基态，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E n)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E m，m ＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝E n－E m，该式称为频率条件，又称辐射条件。
氢原子光谱和波尔的原子结构模型
[联想·质疑]波 尔只引入一个 量子数n,能比 较好地解释了 氢原子线状光 谱产生的原因； 但复杂的光谱 解释不了。
玻尔理论的局限： A. 多电子原子光谱 B. 氢原子的精细光谱
实验事实:
在钠原子中
电子跃迁
n=4
n=3
在氢原子中
电子跃迁
n=2
n=1
也得到两条靠得很近的谱线…
原子轨道与四个量子数
第一节 原子结构模型
1-1 原子结构模型
不同时期的原子结构模型:
1、公元前400多年前，希腊哲 学家德谟克利特等人认为 ：把 构成物质的最小单位叫原子。
2、19世纪初，英国科学家道尔顿提出 近代原子学说，他认为原子是微小的不 可分割的实心球体。
道尔顿原子模型
3、1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提 出原子结构的“葡萄干布丁”模型。
n所表示的运动状态称为电子层,也称能层。
练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是
A. M层
B . K层
C . N层
D . L层
②角量子数l :描述原子轨道的形状．
l取值为: 0，１，２，３… (n-1)．共n个数值．
对应符号为: s， p， d， f…． (1) n和l一起决定原子轨道的能量，称为能级。如： 2s,2p,3p等。 (2)若两个电子的n、 l 相同，表示它们处于同一能级， 它们的能量相同． (3)对于某一电子层n，能级数目 = 对应电子层数n
一、氢原子光谱
（1）光谱定义：人们利用仪器将物质吸收光或发射 光的波长和强度分布记录下来，即得到所谓的光谱。
（2）光谱分类：
b.线状光谱
特定波长、且彼此分离
[知识支持] 连续光谱(continuous spectrum)：
高中物理选修三 新课改 学习笔记 第4章 4 第2课时 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子能级跃迁
第2课时 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子能级跃迁[学习目标] 1.能用玻尔理论解释氢原子光谱，了解玻尔理论的不足之处和原因(重点)。
2.进一步加深对玻尔理论的理解，会计算原子跃迁过程中吸收或放出光子的能量(重难点)。
3.知道使氢原子电离的方式并能进行有关计算(难点)。
一、玻尔理论对氢光谱的解释1．氢原子能级图(如图所示)2．氢原子的能级公式和半径公式(1)氢原子在不同能级上的能量值为E n ＝E 1n 2(E 1＝－13.6 eV ，n ＝1,2，3，…)； (2)相应的电子轨道半径为r n ＝n 2r 1(r 1＝0.53×10－10 m ，n ＝1,2,3，…)。
3．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________________的量子数n 和2。
4．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________________，处于激发态的原子是____________的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出______，最终回到基态。
5．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______________________________ ________________________，由于原子的能级是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
6．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，________各不相同，因此辐射(或吸收)的___________也不相同。
(1)如果大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，最多辐射出多少种不同频率的光？(2)如果大量处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射出多少种不同频率的光？________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ 例1氢原子的能级如图所示，现处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是()A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光B．氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最小C．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射的光子波长最短D．已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子可以从金属钾的表面打出光电子例2如图所示为氢原子的能级示意图，用某一频率为ν的光照射大量处于n＝2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，最多能发出3种频率的光子，频率由小到大分别为ν1、ν2、ν3，则照射光频率ν为()A．ν1 B．ν2C．ν3D．ν3－ν1二、能级跃迁的几种情况1．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)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能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的情况。
氢原子光谱和波尔的原子模型ppt课件
Na原子的发射光谱（明线）
H原子的吸收光谱（暗线）
H原子的发射光谱（明线）
吸收光谱和线状谱（发射光谱）的关系：
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱（线状光谱）中的
一条明线相对应。
3.光谱分析
既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组
成成分。这种方法称为光谱分析。
4.由于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。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱
线的原因。
六、玻尔理论的局限性
1.玻尔理论的不足之处在于保留了
经典粒子的观念，仍然把电子的运
动看作经典力学描述下的轨道运动。
2.玻尔理论成功地解释了氢原子光
谱的实验规律。但对于稍微复杂一
1
E1
激
发
态
h E n E m
基态
原子从低能级向高能级跃迁（电子从低轨道向高轨道跃迁）： 吸收光子，原子能量增大
电子从低轨道向高轨道跃迁，电子克服库仑引力做
功，电势能增大，原子的能量增加，要吸收能量。
吸收光子能量：
h E n E m
原子从高能级向低能级跃迁（电子从高轨道向低轨道跃迁）： 辐射光子，原子能量减小
优点：灵敏度高
样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可
以被检测到。
利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？
不能，白炽灯的光谱是连续谱，不是原子
的特征谱线，因而无法检测出灯丝的成分
原子的特征光谱
二、氢原子光谱（发射光谱）的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
n=6
n=5
玻尔理论与氢原子能级结构
玻尔理论与氢原子能级结构在物理学领域，玻尔理论与氢原子的能级结构是一项重要研究。
玻尔理论是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的，该理论解释了为什么氢原子的光谱是离散的，而不是连续的。
玻尔理论的核心观点是，电子围绕原子核旋转时，只能处于特定的能级（轨道）上，而不能处于任意位置。
这些能级之间的转换会导致光的吸收和发射，从而形成氢原子的光谱线。
根据玻尔的假设，氢原子的能级由以下两个因素决定：一是电子与原子核间的静电吸引力，二是电子运动的角动量。
根据量子力学的原理，电子角动量只能取整数倍的普朗克常量h。
玻尔理论进一步提出，电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射能量。
当电子由高能级向低能级跃迁时，会发射光子，产生特定波长的光线。
这解释了为什么氢原子光谱是离散的，因为电子只能跃迁到特定的能级上。
玻尔理论通过对氢原子的光谱线进行分析和解释，为后来的量子力学奠定了基础。
量子力学是对微观粒子行为和性质的描述，相对于经典力学而言，具有更准确和精确的解释能力。
在量子力学中，玻尔理论被看作是近似描述为氢原子的原始模型。
进一步探究氢原子的能级结构，我们可以考虑到玻尔理论的局限性。
尽管玻尔理论对于解释氢原子光谱的特点是有效的，但在描述更复杂的原子系统时可能存在问题。
例如，多电子原子无法简单地应用玻尔理论，因为不同电子之间存在相互作用和排斥力。
对于多电子原子，研究者采用了其他更为复杂且精确的理论和计算方法，如量子力学中的波函数和波动方程。
这些方法可以更准确地描述原子中电子的运动和能级分布。
在现代物理学中，玻尔理论仍然被广泛应用于简单原子系统的初级教学和理解。
它为学习者提供了一个直观的模型，使他们能够理解电子在原子中的运动和能级分布的观念。
总之，玻尔理论与氢原子能级结构是物理学中的重要概念。
通过该理论，我们能够解释为什么氢原子的光谱是离散的，并为后来的量子力学提供了基础。
尽管玻尔理论在描述复杂原子系统时存在局限性，但它仍然在初级教学中被广泛使用，为学习者提供了一个直观且简化的模型。
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谱线，因而无法检测出灯丝的成分．
3．氢原子光谱的实验规律 巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公 1 1 1 式 λ ＝R( 2 － 2 )，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝ 2 n 1.10×107 m 1，n为量子数．
－
三、玻尔理论、能级 1．玻尔原子模型 (1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原
二、氢原子光谱
1．光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的 波长(频率) 成分和 强度 分布的记录，即光谱． 2．光谱分类：有些光谱是一条条的 亮线 ， 这 样 的 光 谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的 光带 ， 这 样 的 光
谱叫做连续谱．
能否利用白炽灯的光谱来检测灯丝的组成部分？ 提示：不能．白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征
度偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来．
(3) 由 α 粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级 为10－15 m，而原子半径的数量级为10－10 m.
2．三个原子模型的对比
实验基础 原子结构 成功和局限
原子是一个球体， 可解释一些实验现 “枣糕” 电子的发 正电荷均匀分布在球 象，但无法解释α粒 模型 现 内，电子镶嵌其中 子散射实验 原子的中心有一个很 卢瑟福的 小的核，全部正电荷 核式结构 α粒子散 和几乎全部质量集中 模型 射实验 在核里，电子在正电 体外面运动光谱的分立特征
成功解释了氢原子 玻尔的原 氢原子光 在核式结构模型基础 光谱及原子的稳定 子模型 谱的研究 上，引入量子观念 性，不能解释较复 杂原子的光谱现象
友情提示：认识原子结构的线索：气体放电的研究 →阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型 α粒子散射实验 氢原子光谱的研究 ――――――→ 卢瑟福核式结构模型 ―――――――→ 玻尔模型．
一、α粒子的散射实验与核式结构模型 1．原子的核式结构模型
(1)卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图所示)．
主要由 α 粒子源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几 部分组成，荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转 动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子．
(2)α粒子散射实验现象：绝大多数 α粒子穿过金箔后基本 上仍沿原来的方向前进，少数 α 粒子穿过金箔后发生了大角
子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是 不连续 的．
(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不 同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是 量子化 的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态 中，原子是 稳定 的，不向外辐射能量．
(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃 迁时要 辐射 或 吸收 一定频率的光子，光子的能量等于 两个状态的 能量差 ，即hν＝ |E初－E末| .
＝2.7×10－14 m.
答案：(1)C (2)2.7×10－14 m
【误区警示】在该题中，不能将d＝2.7×10－14 m，认为
是金原子核的半径，因α粒子没有接触原子核，只能是估算
出原子核大小的数量级为10－14 m.
1．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(
)
A ．在实验中观察到的现象是绝大多数 α 粒子穿过金箔 后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转
【思维点拨】解答本题应注意以下两点： (1)根据α粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析．
(2)α 粒子接近原子核的过程中 ，动能与电势能相互转
化． 【自主解答】(1)α 粒子散射实验发现了原子内存在一个 集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现 核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错．玻尔
2．能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的能量值．
3．基态和激发态：原子能量 最低 的状态叫基态 ，其 他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态． 4 ． 量子数： 现代物理学认为原子的可能状态是不连续 的，各状态可用正整数 1,2,3，…表示，叫做量子数，一般用
n表示．
5．氢原子的能级和轨道半径 (1)氢原子半径公式 rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，也称为玻 尔半径，r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子能级公式 1 En＝ 2 E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为氢原子基态的能量 n 值，E1＝－13.6 eV.
卢瑟福和他的助手做 α 粒子轰击金箔实验，获得了 重要发现：
(1)关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是
A．证明了质子的存在 B．证明了原子核是由质子和中子组成的 C ．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 一个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
(2)在α粒子散射实验中，现有一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求该α粒子 与金原子核间的最近距离．(已知带电粒子在点电荷电场中 q1q2 的电势能表达式为ε＝k r ，α粒子质量为6．64×10－27kg)
第二讲
原子结构
氢原子光谱
1．理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子的轨
道半径公式和能级公式并能灵活运用．
2．能用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题． 3．了解原子的核式结构，知道α粒子散射实验及物理意 义．
一、原子的核式结构 在原子中有一个很小的核，叫 原子核 ， 它 集 中 了 原 子 的全部 正电荷 和几乎全部的 质量 ，带负电的电子在核外空 间绕核高速旋转．原子核半径的数量级为 10－15 m .
超过90°，有的甚至接近180°被弹回
发现了电子轨道量子化，D错．
(2)从能量转化角度看，当α粒子靠近原子核运动时，α 粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转 化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的 1 2 q1q2 最小距离为d， mv ＝k d 2
－19 2 9 2 × 9.0 × 10 × 2 × 79 × 1.6 × 10 2kq1q2 d＝ ＝ m － mv2 6.64×10 27×2.0×1072