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4.4氫原子光譜和波爾的原子模型
一學科核心素養(yǎng)
物理觀念∶知道氫原子光譜的規(guī)律，理解波爾原子模型的三個假設。
科學思維∶能用能級圖來分析光譜的規(guī)律，理解理論的局限性與不足。
科學探究：通過波爾理論氫原子光譜的規(guī)律的解釋程培養(yǎng)學生分析能力，揭示物理現(xiàn)象的科學本質(zhì)。
科學態(tài)度與責任∶從實驗規(guī)律出發(fā)，實事求是，學習科學家艱苦奮斗的精神，激發(fā)學生熱愛科學的熱情。
二學習重難點
重點：氫原子光譜的實驗規(guī)律，波爾理論的基本假設。
難點：波爾理論的基本假設。
三課前預習
1．原子光譜∶由于原子的_____是分立的，所以放出的光子的_____也是分立的，因此原子的_______只有一些分立的亮線。
2．利用①白熾燈②蠟燭③霓虹燈④在酒精火焰中燒鈉或鉀的鹽所產(chǎn)生的光譜中，能產(chǎn)生連續(xù)光譜的有______，能產(chǎn)生明線光譜的有______．
3．根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級圖如圖所示。電子處在n=3軌道上比處在n=5軌道上離氦核的距離______ (選填“近”或“遠”)。當He＋處在n=4的激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射光子的能量為______eV。
4．光譜
（1）定義：用棱鏡或光柵把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開，獲得____（頻率）和____分布的記錄。
（2）分類
a.線狀譜：光譜是一條條的____。
b.連續(xù)譜：光譜是_____的光帶。
（3）特征譜線：氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是____，說明原子只發(fā)出幾種_________的光，不同原子的亮線______，說明不同原子的______不一樣，光譜中的亮線稱為原子的_____。
（4）應用：利用原子的______，可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的______，這種方法稱為_____，它的優(yōu)點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10-13 kg時就可以被檢測到。
5．玻爾理論對氫光譜的解釋
（1）氫原子能級圖(如圖所示)
（2）解釋巴耳末公式
巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和躍遷之后所處的___________的量子數(shù)n和2；
（3）解釋氣體導電發(fā)光
通常情況下，原子處于基態(tài)，非常穩(wěn)定，氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子是___________的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出___________，最終回到基態(tài)。
（4）解釋氫原子光譜的不連續(xù)性
原子從較高的能級向低能級躍遷時放出的光子的能量等于前后___________，由于原子的能級是___________的，所以放出的光子的能量也是___________的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
（5）解釋不同原子具有不同的特征譜線
不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，___________各不相同，因此輻射(或吸收)的___________也不相同。
6．玻爾原子理論的基本假設
（1）軌道量子化
a.原子中的電子在______的作用下，繞原子核做_____。
b.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(xù)變化”或“量子化”）。
c.電子在這些軌道上繞核的運動是_____的，不產(chǎn)生________。
（2）定態(tài)
a.當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，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_____。
b.原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為_____。能量_____的狀態(tài)稱為基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。
（3）頻率條件
當電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為En）躍遷到能量較低的定態(tài)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。
7．能級躍遷∶
（1）通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是______。
（2）把原子從一個能級變化到另一個能級的過程叫作_____。
（3）處于高能級的原子，自發(fā)地向低能級躍遷時_____光子，原子從高能級向低能級躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之_____。
四自我檢測
1．圖示是氫原子的能級示意圖，大量處于基態(tài)的氫原子吸收了某種單色光的能量后能發(fā)出種不同頻率的光子，分別用它們照射某種金屬板時，只有頻率分別為、、、的四種光能發(fā)生光電效應。則普朗克常量的表達式不正確的是（　　）
A． B． C． D．
2．如圖所示為玻爾原子理論的氫原子能級圖，下列說法正確的是（　　）
A．大量處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可以發(fā)出20種不同頻率的光
B．處于能級的氫原子其電勢能比處于能級的氫原子的電勢能小
C．若氫原子由能級分別直接躍遷至和能級時所發(fā)出光的波長為λ1和λ2，則λ1＜λ2
D．用光子能量為12.5eV的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，此過程中氫原子最多可以發(fā)出3種不同頻率的光
3．氫原子輻射一個光子后，則（　　）
A．電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大 B．電子的動能增大
C．氫原子的電勢能增大 D．原子的能級值增大
4．氘核和氚核聚變時的核反應方程為。已知氚核的比結(jié)合能是，氘核的比結(jié)合能是，氦核的比結(jié)合能是。光子的速度為。下列說法正確的是（ ）
A．該核反應過程吸收的能量為
B．該核反應過程釋放的能量為
C．是質(zhì)子，核反應吸收的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以
D．是中子，核反應吸收的能量等于中子質(zhì)量乘以
5．已知氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量為En＝，其中n＝2，3，4，，已知普朗克常量為h，則下列說法正確的是（　　）
A．氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能增大，原子的電勢能減小
B．基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子最大速度為
C．大量處于n＝6的激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷時可輻射出5種不同頻率的光
D．若氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時產(chǎn)生的電磁波能使某金屬發(fā)生光電效應，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時所產(chǎn)生的電磁波也一定能使該金屬發(fā)生光電效應
6．氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子的能量范圍為1.62～3.11eV，下列說法正確的是（　　）
A．玻爾模型可以解釋氦原子光譜
B．氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時，發(fā)出的是可見光
C．大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的光
D．處于n=1能級的氫原子可以吸收能量為10eV的光子的能量
7．如圖所示為氫原子的能級圖，處于某一能級的一個氫原子向低能級躍遷時共發(fā)出兩個光子，用與兩光子頻率相同的光照射逸出功為的光電管的陰極K時，測得遏止電壓之比約為，則大量處于該能級的氫原子向低能級躍遷時形成的光譜圖中亮線（一種頻率的光子對應一條亮線）的條數(shù)為（ ）
A．3 B．6 C．10 D．15
8．觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是氫原子（　　）
A．有時發(fā)光，有時不發(fā)光 B．只能發(fā)出平行光
C．輻射的光子能量是不連續(xù)的 D．發(fā)出的光互相干涉的結(jié)果
9．μ粒子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。μ氫原子的能級示意圖如圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于（　　）
A．h（ν3-ν1） B．h（ν5＋ν6）
C．hν3 D．hν4
10．根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖是α粒子散射實驗的圖景。圖中實線表示α粒子的運動軌跡。其中沿軌跡2運動的α粒子在b點時距原子核最近。下列說法不正確的是（　　）
A．絕大多數(shù)α粒子運動的軌跡類似軌跡1，說明原子中絕大部分是空的
B．發(fā)生超過90°大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是極少數(shù)的
C．沿軌跡2運動的α粒子的加速度先增大后減小
D．沿軌跡2運動的α粒子的電勢能先減小后增大
參考答案：
三課前預習
1． 能級 能量 發(fā)射光譜
2． ①和② ③和④
3． 近 51
4． 波長 強度 亮線 連在一起 線狀譜 特定頻率 位置不同 發(fā)光頻率 特征譜線 特征譜線 組成成分 光譜分析
5． 定態(tài)軌道 不穩(wěn)定 光子 兩能級差 分立 分立 能級 光子頻率
6． 庫侖引力 圓周運動 量子化 穩(wěn)定 電磁輻射 能級 定態(tài) 最低 En-Em
7． 最穩(wěn)定 躍遷 放出 差
四自我檢測
1．C
2．B
3．B
4．B
5．B
6．B
7．B
8．C
9．C
10．D

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