遼寧省大連市高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 18.3 氫原子光譜課件 新人教版選修3-5.ppt

每種原子、分子都有其特征光譜。因此分析其特征光譜，對(duì)研究不同原子、分子及其結(jié)構(gòu)有著重大的意義。光譜學(xué)已成為光學(xué)的一個(gè)重要分支，并被廣泛用于科研和生產(chǎn)中。 氫原子是最簡(jiǎn)單的原子，其光譜線在按波長(zhǎng)（或波數(shù)）大小的排列次序上顯示出簡(jiǎn)單的規(guī)律性。研究原子結(jié)構(gòu)，很自然氫原子首先被關(guān)注。,一些簡(jiǎn)單的原子和分子,粒子的散射實(shí)驗(yàn)使我們知道原子具有核式結(jié)構(gòu)，但是電子在核的周?chē)鯓舆\(yùn)動(dòng)？它的能量怎樣變化。這些還要通過(guò)其它事實(shí)證明才能認(rèn)識(shí)，本節(jié)將用一些實(shí)際的事實(shí)來(lái)證明一些原子的能量變化。,引言,第三節(jié)氫原子光譜,第十八章原子結(jié)構(gòu),了解光譜的定義和分類(lèi),1、知識(shí)與技能,了解氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道巴耳末系,了解經(jīng)典原子理論的困難。,通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)發(fā)展與進(jìn)步的坎坷。,2、過(guò)程與方法觀,3、情感態(tài)度與價(jià)值觀,培養(yǎng)我們探究科學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)的能力，提高自主學(xué)習(xí)的意識(shí)。,讓學(xué)生進(jìn)一步的體會(huì)物理規(guī)律是在接受實(shí)踐檢驗(yàn)的過(guò)程中不斷的發(fā)展和完善的。,重點(diǎn) 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 難點(diǎn) 經(jīng)典理論的困難。,一、光 譜,1、光譜 早在17世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過(guò)三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜。,自然光光譜,光譜是電磁輻射（不論是在可見(jiàn)光區(qū)域還是在不可見(jiàn)光區(qū)域）的波長(zhǎng)成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時(shí)只是波長(zhǎng)成分的記錄。,氫原子光譜型,2、發(fā)射光譜 物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。 發(fā)射光譜可分為兩類(lèi)：連續(xù)光譜和明線光譜。,可見(jiàn)光的連續(xù)光譜,連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜。 只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光,可見(jiàn)光的連續(xù)光譜,熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。,汽車(chē)燈泡發(fā)出的光,稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的,所以也叫原子的光譜。實(shí)踐證明，原子不同,發(fā)射的明線光譜也不同,每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光,因此明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。,發(fā)光的高溫稀有氣體,3、吸收光譜 高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。 各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。太陽(yáng)的光譜是吸收光譜。,氫、納太陽(yáng)、光譜,4、光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。,二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,1、 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1885 年瑞士數(shù)學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子光譜可見(jiàn)光部分的規(guī)律:,一系列分立的線狀光譜,瑞士數(shù)學(xué)家兼物理學(xué)家巴耳末開(kāi)始研究工作時(shí)，可見(jiàn)光區(qū)域的4條氫譜線已經(jīng)過(guò)埃姆斯特朗等人大量較精確的測(cè)定，紫外區(qū)的10條譜線也在恒星光譜中發(fā)現(xiàn)。,巴爾末,1890 年瑞典物理學(xué)家里德伯給出氫原子光譜公式,布拉開(kāi)系,普豐德系,漢弗萊系,紅 外線,巴耳末系,（可見(jiàn)光）,線系限,的譜線,（波長(zhǎng)最短）,（波數(shù)最長(zhǎng)）,第一條譜線,線系限,的譜線,第一條譜線,原子光譜是分立,三、經(jīng)典理論的 困難,1、經(jīng)典理論的困難 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型正確的指出了原子核的存在，很好的解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)。但是經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，有無(wú)法解釋原子光譜的分立特征經(jīng)典理論的困難。,根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)的電子將不斷向外輻射電磁波. 不能解釋原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),不能解釋原子光譜為分立的線狀譜 經(jīng)典物理：輻射電磁波的頻率與電子圓運(yùn)動(dòng)的頻率相同。,r 連續(xù)減小,1、光譜 把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜。 2、發(fā)射光譜 物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。 發(fā)射光譜可分為兩類(lèi)：連續(xù)光譜和明線光譜。 連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜。 只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光。,3、吸收光譜 高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。 4、光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。,5、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 氫原子光譜可見(jiàn)光部分的規(guī)律:,7、經(jīng)典物理學(xué)的困難 經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，有無(wú)法解釋原子光譜的分立特征經(jīng)典理論的困難。,1、（1993上海二2）氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有 （ ） A.放出光子，電子動(dòng)能減少，原子勢(shì)能增加 B.放出光子，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能減少 C.吸收光子，電子動(dòng)能減少，原子勢(shì)能增加 D.吸收電子，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能減少,A,2、（2003江蘇1）下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A.質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等 B.兩個(gè)質(zhì)子之間，不管距離如何，核力總是大于庫(kù)侖力 C.同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中子數(shù)可以不同 D.除萬(wàn)有引力外，兩個(gè)中子之間不存在其它相互作用力,C,1、有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是（ ） A氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 C氫原子光譜說(shuō)明氫原子能級(jí)是分立的 D氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān),BC,2、在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一粒子經(jīng)過(guò)某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖所示圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是經(jīng)過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域不考慮其他原子核對(duì)粒子的作用，則關(guān)于該原子核的位置，正確的是（ ） A一定在區(qū)域 B可能在區(qū)域 C可能在區(qū)域 D一定在區(qū)域,A,3如圖2所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，下面關(guān)于觀察到的現(xiàn)象的說(shuō)法中正確的是（ ） A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到熒光屏上的閃光次數(shù)最多 B放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些 C放在C、D位置時(shí)，屏上 觀察不到閃光 D放在D位置時(shí)，屏上仍 能觀察一些閃光，但次數(shù)極少,AD,4.在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子碰撞的影響，這是因?yàn)椋?） A.粒子和電子根本無(wú)相互作用 B.電子是均勻分布的，粒子受電子作用的合力為零 C.粒子在和電子碰撞中動(dòng)量的改變量極小，可忽略不計(jì) D.電子體積很小，粒子碰撞不到電子,C,1、答：由不連續(xù)的亮線組成的光譜叫做線狀譜，由波長(zhǎng)連續(xù)分布的光組成的連線在一起的光帶叫連線譜。 2、答：由巴末爾公式,可知：氫原子光譜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的2條譜線所對(duì)應(yīng)的n應(yīng)為3、4。,當(dāng)n=3時(shí)，得到1=6.5510-7m。 當(dāng)n=4時(shí)，得到2=4.8510-7m。 氫原子光譜是分立的光譜。它在可見(jiàn)光區(qū)的譜線滿足巴爾末公式，在紅外和紫外光區(qū)的其它譜線也都滿足與巴末爾公式類(lèi)似的關(guān)系。,3、答:經(jīng)典物理學(xué)在解釋原子光譜是線性狀譜時(shí)遇到了困難。按照經(jīng)典電磁理論，電子在核外做加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該輻射電磁波，電子能量逐漸減小，電子繞核運(yùn)行的軌道半徑也要減小，電子將沿螺旋線的軌道落入原子核。電子繞核運(yùn)行輻射的電磁波的頻率等于電子繞核運(yùn)行的頻率。隨著軌道搬半徑連續(xù)變化，繞核頻率也逐漸變化，輻射電磁波的頻率也逐漸變化，由此可以推出：原子光譜是連續(xù)譜。這與原子光譜是線狀譜的事實(shí)相矛盾。,