高中物理選修3步步高同步講義第四章 4　第1課時　氫原子光譜和玻爾的原子模型

第四章QINGYUANZIGUANGPUHEBOERDEYUANZIMOXING第1課時氫原子光譜和玻爾的

原子模型梳理教材夯實基礎/探究重點提升素養/課時對點練1.知道光譜、線狀譜和連續譜的概念.2.知道氫原子光譜的實驗規律，知道什么是光譜分析.3.知道玻爾原子理論的基本假設的主要內容.了解能級躍遷、軌道

和能量量子化以及基態、激發態等概念.學習目標內容索引梳理教材夯實基礎Part1探究重點提升素養Part2課時對點練Part3梳理教材夯實基礎Part

11.定義：用棱鏡或光柵把物質發出的光按

(頻率)展開，獲得波長(頻率)和

分布的記錄.2.分類(1)線狀譜：光譜是一條條的

.(2)連續譜：光譜是

的光帶.3.特征譜線：氣體中中性原子的發光光譜都是

，說明原子只發出幾種

的光，不同原子的亮線位置

，說明不同原子的______

不一樣，光譜中的亮線稱為原子的

.一、光譜波長強度亮線連在一起線狀譜特定頻率不同發光頻率特征譜線4.應用：利用原子的

，可以鑒別物質和確定物質的

，這種方法稱為

，它的優點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10－13kg時就可以被檢測到.特征譜線組成成分光譜分析二、氫原子光譜的實驗規律1.許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的，因此光譜是探索_____

的一條重要途徑.2.氫原子光譜的實驗規律滿足原子結構式中R∞為

，R∞＝1.10×107m－1，n取整數.3.巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的

光譜的特征.里德伯常量線狀1.核式結構模型的成就：正確地指出了

的存在，很好地解釋了___

.2.經典理論的困難：經典物理學既無法解釋原子的

，又無法解釋原子光譜的

線狀譜.三、經典理論的困難原子核α粒子散射實驗穩定性分立1.軌道量子化(1)原子中的電子在

的作用下，繞原子核做

.(2)電子運行軌道的半徑不是任意的，也就是說電子的軌道是

的(填“連續變化”或“量子化”).(3)電子在這些軌道上繞核的運動是

的，不產生

.四、玻爾原子理論的基本假設庫侖引力圓周運動量子化穩定電磁輻射2.定態(1)當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態，具有不同的能量.電子只能在特定軌道上運動，原子的能量只能取一系列特定的值.這些量子化的能量值叫作

.(2)原子中這些具有確定能量的穩定狀態，稱為

.能量

的狀態叫作基態，其他的狀態叫作激發態.3.頻率條件當電子從能量較高的定態軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態軌道(能量記為Em，m＜n)時，會放出能量為hν的光子，該光子的能量hν＝

，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件.能級定態最低En－Em判斷下列說法的正誤.(1)氣體中中性原子的發光光譜都是線狀譜，并且只能發出幾種特定頻率的光.(

)(2)線狀譜和連續譜都可以用來鑒別物質.(

)(3)可以利用光譜分析來鑒別物質和確定物質的組成成分.(

)(4)玻爾的原子結構假說認為電子的軌道是量子化的.(

)(5)電子從較高的能級向較低的能級躍遷時，會放出任意頻率的光子.(

)×√√即學即用√返回×探究重點提升素養Part

2一、光譜和光譜分析1.光譜的分類2.太陽光譜特點在連續譜的背景上出現一些不連續的暗線，是一種吸收光譜產生原因陽光中含有各種顏色的光，但當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽的高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發射出去，到達地球的這些譜線看起來就弱了，這就形成了明亮背景下的暗線3.光譜分析(1)優點：靈敏度高，分析物質的最低量達10－13kg.(2)應用：a.發現新元素；b.鑒別物體的物質成分.(3)用于光譜分析的光譜：線狀譜和吸收光譜.

關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是A.太陽光譜是連續譜，分析太陽光譜可以知道太陽內部的化學組成B.霓虹燈和煉鋼爐中熾熱鐵水產生的光譜，都是線狀譜C.強白光通過酒精燈火焰上的鈉鹽，形成的是吸收光譜D.進行光譜分析時，可以利用連續譜，也可以利用吸收光譜例1√太陽光譜是吸收光譜，這是由于太陽內部發出的強光經過溫度比較低的太陽大氣層時產生的，所以A錯誤；霓虹燈呈稀薄氣體狀態，因此光譜是線狀譜，而煉鋼爐中熾熱鐵水產生的光譜是連續譜，所以B錯誤；強白光通過酒精燈火焰上的鈉鹽時，某些頻率的光被吸收，形成吸收光譜，所以C正確；光譜分析中只能用線狀譜和吸收光譜，因為它們都具備特征譜線，所以D錯誤.稀薄氣體發出的光譜是線狀譜，此光譜是一些不連續的亮線，僅含有一些特定頻率的光.線狀譜中不同的譜線對應不同的頻率，不同元素的原子產生的線狀譜不同，因而可以用線狀譜來確定物質的成分.總結提升

(2022·江蘇儀征一中高二月考)利用光譜分析的方法能夠鑒別物質和確定物質的組成成分，關于光譜分析，下列說法正確的是A.利用高溫物體的連續譜就可鑒別其組成成分B.利用物質的線狀譜就可鑒別其組成成分C.高溫物體發出的光通過某物質后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組

成成分D.同一種物質的線狀譜上的亮線與吸收光譜上的暗線，由于光譜的不同，

它們沒有關系例2√高溫物體的連續譜包括了各種頻率的光，無法鑒別其組成成分，A錯誤；某種物質發射的線狀譜中的亮線與某種原子發出的某頻率的光有關，通過這些亮線與原子的特征譜線對照，即可確定物質的組成成分，B正確；高溫物體發出的光通過某物質后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線由所經過的物質決定，C錯誤；某種物質發出某種頻率的光，當光通過這種物質時它也會吸收這種頻率的光，因此同一物質線狀譜上的亮線與吸收光譜上的暗線相對應，D錯誤.二、氫原子光譜的實驗規律如圖所示為氫原子的光譜.導學探究答案從右至左，相鄰譜線間的距離越來越小.(1)仔細觀察，氫原子光譜具有什么特點？(2)閱讀課本，指出氫原子光譜的譜線波長具有什么規律？導學探究知識深化1.氫原子光譜的特點：在氫原子光譜圖中的可見光區內，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現出明顯的規律性.2.巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到公式：

(n＝3,4,5，…)，該公式稱為巴耳末公式.式中R∞叫作里德伯常量，實驗值為R∞＝1.10×107m－1.(2)公式中只能取n≥3的整數，不能連續取值，波長是分立的值.知識深化3.其他譜線：除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式.

下列關于巴耳末公式

的理解，正確的是A.巴耳末系的4條譜線位于紅外區B.公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續譜C.公式中n只能取大于或等于3的整數值，故氫原子光譜是線狀譜D.在巴耳末系中n值越大，對應的波長λ越長例3√此公式是巴耳末在研究氫原子光譜在可見光區的四條譜線時得到的，A錯誤；公式中n只能取大于或等于3的整數，λ不能連續取值，故氫原子光譜是線狀譜，B錯誤，C正確；根據公式可知，n值越大，對應的波長λ越短，D錯誤.三、玻爾原子理論1.軌道量子化(1)軌道半徑只能夠是一些不連續的、某些分立的數值.(2)氫原子的電子軌道最小半徑為r1＝0.053nm，其余軌道半徑滿足rn＝n2r1，式中n稱為量子數，對應不同的軌道，只能取正整數.2.能量量子化(1)不同軌道對應不同的狀態，在這些狀態中，盡管電子做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態是穩定的，原子在不同狀態有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.(2)基態：原子最低的能量狀態稱為基態，對應的電子在離核最近的軌道上運動，氫原子基態能量E1＝－13.6eV.(3)激發態：除基態之外的其他能量狀態稱為激發態，對應的電子在離核較遠的軌道上運動.氫原子各能級的關系為：En＝

E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…)3.躍遷原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態的能量差決定，即高能級Em低能級En.

(2021·廣東學業水平考試)根據玻爾理論，下列關于氫原子的論述正確的是A.若氫原子由能量為En的定態向低能級Em躍遷，則氫原子要輻射的光子

能量為hν＝En－EmB.電子沿某一軌道繞核運動，若圓周運動的頻率為ν，則其發光的頻率也是νC.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道直接躍遷到另一半徑為rb的

軌道，則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷例4命題角度1對玻爾理論的理解√原子由能量為En的定態向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于兩能級的能量差，故A正確；電子沿某一軌道繞核運動，處于某一定態，不向外輻射能量，原子不發光，故B錯誤；電子只有由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，才能輻射某一頻率的光子，故C錯誤；原子吸收光子后能量增加，能級升高，故D錯誤.若用|E1|表示氫原子處于基態時能量的絕對值，處于n＝3激發態的氫原子向基態躍遷時

(“輻射”或“吸收”)光子的能量為

.針對訓練輻射

(2022·鹿泉區第一中學高二月考)根據玻爾理論，氫原子的核外電子由外層軌道躍遷到內層軌道后A.原子的能量增加，系統的電勢能減少B.原子的能量減少，核外電子的動能減少C.原子的能量減少，核外電子的動能增加D.原子系統的電勢能減少，核外電子的動能減少例5命題角度2氫原子的能量和能量變化√原子的能量及變化規律1.原子的能量：En＝Ekn＋Epn.總結提升電子軌道半徑越大，電子繞核運動的動能越小.3.當電子的軌道半徑增大時，庫侖引力做負功，原子的電勢能增大，反之，電勢能減小.4.電子的軌道半徑增大時，說明原子吸收了能量，從能量較低的軌道躍遷到了能量較高的軌道.即電子軌道半徑越大，原子的能量En越大.總結提升返回課時對點練Part

3考點一光譜和光譜分析1.(2022·靖西市第二中學高二開學考試)白熾燈發光產生的光譜是A.連續譜

B.明線光譜C.原子光譜

D.吸收光譜√基礎對點練123456789101112白熾燈發光是由于燈絲在熾熱狀態下發出的光，是連續譜，選項A正確.2.(2022·內蒙古赤峰高二月考)關于光譜，下列說法正確的是A.大量原子發出的光譜是連續譜，少量原子發出的光譜是線狀譜B.線狀譜由不連續的若干波長的光組成C.做光譜分析時只能用發射光譜，不能用吸收光譜D.做光譜分析時只能用吸收光譜，不能用發射光譜√原子發出的光譜是特征光譜，是線狀譜，A錯誤；線狀譜只包含對應波長的若干光，B正確；做光譜分析一定要用線狀譜，既可以是發射光譜也可以是吸收光譜，C、D錯誤.1234567891011123.通過光柵分析太陽光譜，我們發現其中有很多暗線，對于這些暗線，我們可以得到的結論是A.太陽中缺少與暗線相對應的元素B.太陽大氣層中含有暗線對應的元素C.地球大氣層中的某些元素吸收了暗線中對應的光譜D.觀測儀器精度不足造成的123456789101112√太陽光譜是太陽內部發出的光在經過太陽大氣層的時候，被太陽大氣層中的某些元素吸收而產生的，是一種吸收光譜，所以太陽光的光譜中有許多暗線，它們對應著太陽大氣層中的某些元素的特征譜線，故B正確，A、C、D錯誤.1234567891011124.(2021·江蘇儀征市第二中學高二月考)關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是A.太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜B.霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產生的光譜是線狀譜C.進行光譜分析時，可以利用線狀譜，也可以利用連續譜D.觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學組成123456789101112√太陽光譜是吸收光譜，白熾燈是連續譜，所以A錯誤；霓虹燈及煤氣燈火焰中鈉蒸氣產生的光譜屬稀薄氣體發光，是線狀譜，所以B正確；進行光譜分析時，可以利用線狀譜，不可以利用連續譜，所以C錯誤；由于月亮是反射的太陽光，其光譜無法確定月亮的化學組成，所以D錯誤.123456789101112考點二氫原子光譜的實驗規律經典理論的困難5.對于巴耳末公式，下列說法正確的是A.所有氫原子光譜的波長都與巴耳末公式相對應B.巴耳末公式只確定了氫原子發光中的可見光部分的光波長C.巴耳末公式確定了氫原子發光中的一個線系的波長，其中既有可見光，

又有紫外光D.巴耳末公式確定了各種原子發光中的光的波長123456789101112√123456789101112巴耳末公式只確定了氫原子發光中一個線系的波長，不能描述氫原子發出的各種波長，也不能描述其他原子發光中的光的波長，A、D錯誤；巴耳末公式是由當時已知的可見光中的部分譜線總結出來的，但它適用于整個巴耳末線系，該線系包括可見光和紫外光，B錯誤，C正確.6.關于經典電磁理論與原子的核式結構之間的關系，下列說法正確的是A.經典電磁理論很容易解釋原子的穩定性B.根據經典電磁理論，電子繞原子核轉動時，電子會不斷釋放能量，最

后被吸附到原子核上C.根據經典電磁理論，原子光譜應該是不連續的D.原子的核式結構模型徹底否定了經典電磁理論123456789101112√123456789101112根據經典電磁理論，電子在繞核做加速運動的過程中，要向外輻射電磁波，因此能量要減少，電子的軌道半徑要減小，最終會落到原子上，因而原子是不穩定的.電子在轉動過程中，隨著轉動半徑不斷減小，轉動頻率不斷增大，輻射電磁波的頻率不斷變化，因而大量原子發光的光譜應該是連續譜.事實上，原子是穩定的，原子光譜也不是連續譜，而是線狀譜，故選項A、C錯誤，B正確；經典電磁理論可以很好地應用于宏觀物體，但不能用于解釋原子世界的現象，故選項D錯誤.考點三玻爾原子理論7.光子的發射和吸收過程是A.原子從基態躍遷到激發態要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、

末兩個能級的能量差B.原子不能從低能級向高能級躍遷C.原子躍遷時所輻射光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率D.原子無論是吸收光子還是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量

恒等于始、末兩個能級的能量差√123456789101112123456789101112原子從基態躍遷到激發態要吸收光子，吸收的光子的能量等于原子在始、末兩個能級的能量差，故A錯誤；原子吸收光子可以從低能級躍遷到高能級，故B錯誤；根據玻爾理論，原子從高能級向低能級躍遷時輻射光子的頻率滿足hν＝Em－En(m＞n)，與電子繞核運動的頻率無關，C錯誤；根據玻爾理論可知，原子無論是吸收光子還是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末兩個能級的能量差，故D正確.123456789101112√1234567891011129.(2021·廣東模擬)原子從高能級向低能級躍遷產生光子，將頻率相同的光子匯聚可形成激光.下列說法正確的是A.頻率相同的光子能量相同B.原子躍遷發射的光子頻率連續C.原子躍遷只產生單一頻率的光子D.激光照射金屬板不可能發生光電效應123456789101112能力綜合練√123456789101112根據E＝hν可知，頻率相同的光子能量相同，故A正確；原子從一個定態躍遷到能級更低的定態時，原子輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態的能量差決定，電子軌道是量子化的，能量是量子化的，故頻率是不連續的，故B錯誤；原子在不同的軌道之間躍遷產生不同頻率的光子，故C錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光子的能量大于金屬板的逸出功時，照射金屬板即可發生光電效應，故D錯誤.10.如圖甲所示為a、b、c、d四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為A.a元素

B.b元素C.c元素