山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：16.1原子结构 氢原子光谱

16.1原子结构氢原子光谱高三总复习选修3-5z`xxk一、原子结构1．电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子.2．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身还有结构，揭开了研究原子结构的序幕。意义二、α粒子散射实验（1）绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进（2）少数α粒子发生了大角度偏转（3）极少数α粒子甚至被撞了回来2．α粒子散射实验的现象例、图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是()z````xxkA.在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在A位置时稍少些C.在C、D位置时，屏上观察不到闪光D.在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少AD2．建立核式结构模型的要点(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变(2)汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射(3)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用(4)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层而运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的．原子的质量、电量都集中在体积很小的原子核上．三、氢原子光谱1．光谱：用光栅和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，即光谱连续光谱明线光谱吸收光谱光谱是连在一起的光带，包含有从红光到紫光连续分布各种色光的光谱只含有一些不连续的亮线，不同原子发光的亮线位置不同，亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线连续光谱经过氢气的光谱光谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱｛产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的z`x````xk光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有线状光谱｛（原子光谱）产生条件：稀薄气体、金属蒸气发光形成的光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）吸收光谱定义：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：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）原子光谱每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子光谱均不同每一种光谱-------印记指纹1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)．2．光谱分析：利用特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法3．氢原子光谱的实验规律1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。巴尔末的研究氢原子光谱（里德伯常数：R=1.09677581×107m-1)（可见光区）hcER1氢原子光谱的其他线系赖曼线系221111nR,4,32，n红外区还有三个线系帕邢线系221311nR,6,5,4n布喇开系221411nR，7,6,5n普丰特线系221511nR，，87,6n紫外线区三、玻尔的原子模型以假说的形式提出来的，包括以下三方面内容1.轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值.2.定态假设：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.3.跃迁假设：原子在不同的状态下具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要射辐或吸收一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的能级差在玻尔原子模型中，各状态对应的能量值叫能级4、能级能量最低的状态叫做基态；其他能量状态叫激发态.5、基态与激发态6、光子的发射与吸收原子由激发态向基态跃迁时辐射出光子，由基态向激发态跃迁时要吸收光子.光子的频率与能级的关系：hν=Em-En.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．氢原子能级12rnrn)6.13(1112eVEEnEn3,2,1n7、玻尔理论对氢光谱的解释氢原子的能级图－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基态激发态赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系普丰德系7、玻尔理论对氢光谱的解释当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．由库仑力提供向心力ke2r2n＝mv2nrn8、玻尔模型中电子运动有关计算问题氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即En＝Ek＋Ep.(1)电子运动的速度、周期、动能与半径的关系电子速度vn＝ke2mrn电子的动能Ekn＝12mv2n＝ke22rn电子运动周期Tn＝2πrnvn＝2πmr3nke28、玻尔模型中电子运动有关计算问题rkeEEKP22)2(电子势能(5)氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即En＝Ek＋Ep＝－ke22r.(3)(4)系统的电势能变化根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小；远离核，库仑力对电子做负功，系统电势能增加．4．三个原子模型的对比实验基础原子结构成功和局限“枣糕”模型电子的发现原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子镶嵌在其中可解释一些实验现象，但无法说明α粒子散射实验核式结构型模卢瑟福的α粒子散射实验原子的中心有一个很小的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核内，电子在核外运动成功解释了α粒子散射实验，无法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征玻尔的原子模型氢原子光谱的研究在核式结构模型基础上，引入量子观念成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象A.动能先增大，后减小B.电势能先减小，后增大C.电场力先做负功，后做正功，总功等于零D.加速度先变小，后变大1、根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()C2、如图所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.解析：氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足：hν=En-E2=2.55eVEn=hν+E2=-0.85eV，所以n=4.基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供：DE=E4-E1=12.75eV，跃迁图如下图所示．B3、氢原子辐射出一个光子后，则()A.电子绕核旋转的半径增大B.电子的动能增大C.氢原子的电势能增大D.原子的能级值增大4、用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则()013210231231AB=+C=++1=1D+1＜ννννννννννννB5.根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，下列说法中正确的是()A．原子的能量增加，电子的动能减少B．原子的能量增加，电子的动能增加C．原子的能量减少，电子的动能减少D．原子的能量减少，电子的动能增加D6.已知氢原子的能级规律为E1=-13.6eV、E2=-3.4eV、E3=-1.51eV、E4=-0.85eV.现用光子能量介于11eV～12.5eV范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是()A．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种B．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种C．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有4种D．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2种A8.氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10-10m，能量E1=-13.6eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？(已知h=6.63×10-34J×s)解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则221211=mverrk919222111019111134871911111910(1.610)1eV13.6eV2220.53101.61013.6eV13.6eV27.2eV6.6310310m0.91231013.061.610kpkkpEEElkeEmvrEEEhhcEEc所以电子动能所以设用波长的光照射可使氢原子电离所以m.9.氢原子在基态时的能级为E1＝－13.6eV，其电子的轨道半径为r1＝0.53×10－10m，求：(1)电子在第一条轨道上的电势能．(2)要使基态原子电离，至少要吸收多高频率的电磁波？解析：(1)电子的电势能不能直接求出，可以考虑先算出它的动能Ek1，再由Ep1＝E1－Ek1求出，基态时r1＝0.53×10－10mE1＝－13.6eV，ke2r21＝mv21r1Ek1＝12mv21＝12ke2r1≈13.6eV所以Ep1＝E1－Ek1＝－27.2eV.(2)吸收光子的最低能量至少要等于氢原子的电离能量，设此光子最低频率为ν0.由hν0＝E∞－E1＝13.6eV，得ν0＝13.6×1.6×10－196.63×10－34Hz＝3.28×1015Hz.10、氢原子的部分能级如图15－2－5所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的长B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光D