資源簡介

4.4氫原子光譜和波爾的原子模型學案
一學科核心素養
物理觀念∶知道氫原子光譜的規律，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律的解釋程培養學生分析能力，揭示物理現象的科學本質。
科學態度與責任∶從實驗規律出發，實事求是，學習科學家艱苦奮斗的精神，激發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．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n和2；
（3）解釋氣體導電發光
通常情況下，原子處于基態，非常穩定，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態，處于激發態的原子是___________的，會自發地向能量較低的能級躍遷，放出___________，最終回到基態。
（4）解釋氫原子光譜的不連續性
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構，___________各不相同，因此輻射(或吸收)的___________也不相同。
2．如圖所示為部分氫原子的能級圖，一個氫原子吸收能量后由基態躍遷到n=4的激發態，然后向低能級躍遷，最多發出___________種能量的光子，吸收的能量為___________ eV。
3．能級躍遷∶
（1）通常情況下，原子處于能量最低的狀態，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_____。
4．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
巴耳末公式：（n=3，4，5，…）
式中R為______，R∞=1.10×107 m-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。
5．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“連續變化”或“量子化”）。
c.電子在這些軌道上繞核的運動是_____的，不產生________。
（2）定態
a.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_____。
b.原子中這些具有確定能量的穩定狀態，稱為_____。能量_____的狀態稱為基態，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。
6．光譜
（1）定義：用棱鏡或光柵把物質發出的光按波長（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______，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10-13 kg時就可以被檢測到。
7．已知氫原子基態能級，激發態能級，普朗克常量為h，光速度為c，則氫原子從向躍遷時發出的光子能量E=________和動量p=________，這種光子被一個處于基態的氫原子吸收后，該氫原子最多能釋放出________個光子。
8．已知氫原子的基態能量為E1，激發態能量，其中n=2，3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發態電離的光子的最大波長為___________。
9．根據玻爾原子結構理論，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的激發態向基態躍遷時輻射光子的能量為______eV。
四自我檢測
1．觀察氫原子的光譜，發現它只有幾條分離的不連續的亮線，其原因是氫原子（　　）
A．有時發光，有時不發光 B．只能發出平行光
C．輻射的光子能量是不連續的 D．發出的光互相干涉的結果
2．白光通過棱鏡后在屏上會形成按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫排列的連續光譜，下列說法不正確的是（　　）
A．棱鏡使光譜加了顏色
B．白光是由各種顏色的光組成的
C．棱鏡對各種顏色光的偏折不同
D．發光物體發出了在可見光區的各種頻率的光
3．圖示是氫原子的能級示意圖，大量處于基態的氫原子吸收了某種單色光的能量后能發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、、、的四種光能發生光電效應。則普朗克常量的表達式不正確的是（　　）
A． B． C． D．
4．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）的條數為（ ）
A．3 B．6 C．10 D．15
5．世界上第一臺激光器誕生于1960年，我國于1961年研制出第一臺激光器，40多年來，激光技術與應用發展迅猛，已與多個學科相結合形成多個應用技術領域。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
6．已知金屬鈣的逸出功為2.7 eV，氫原子的能級圖如圖所示，一群氫原子處于量子數為n＝4的能級狀態，則下列說法中正確的是（　　）
A．氫原子可能輻射4種頻率的光子
B．氫原子可能輻射5種頻率的光子
C．有3種頻率的輻射光子能使鈣發生光電效應
D．有4種頻率的輻射光子能使鈣發生光電效應
7．1995年科學家“制成”了反氫原子，它是由一個反質子和一個圍繞反質子運動的正電子組成的，反質子和質子有相同的質量，帶有等量異號電荷。反氫原子和氫原子有相同的能級分布，氫原子能級如圖所示，則下列說法中正確的是（　　）
A．反氫原子光譜與氫原子光譜不相同
B．一個處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時，最多可以輻射出6種不同頻率的光子
C．基態反氫原子能吸收11eV的光子而發生躍遷
D．大量處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時，有4種頻率的輻射光子能使逸出功為2.25eV的鉀發生光電效應
8．目前世界上最準確的計時工具就是原子鐘，它是20世紀50年代出現的，原子鐘是利用原子釋放能量時發出的電磁波來計時的。現在用在原子鐘里的元素有氫、絕、銣等，其中氫原子的能級圖如圖所示，現有大量的氫原子處于的激發態，向低能級躍遷時輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是（　　）
A．由能級躍遷到能級產生的光頻率最小
B．由能級躍遷到能級產生的光能使某金屬電離說明光是粒子
C．由能級躍遷到能級產生的光最容易發生衍射現象
D．最多可以輻射出6種不同頻率的光
9．一群處于能級的激發態的氧原子，向低能級躍遷時，最多發射出的譜線為（　　）
A．3種 B．4種
C．5種 D．6種
10．氫原子能級示意如圖。現有大量氫原子處于能級上，下列說法正確的是（　　）
A．這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子
B．從 能級躍遷到 能級輻射出的光子能量為1.51eV
C．從 能級躍遷到 能級需吸收1.51eV的能量
D． 能級的氫原子電離至少需要吸收1.51eV的能量
參考答案：
三課前預習
1． 定態軌道 不穩定 光子 兩能級差 分立 分立 能級 光子頻率
2． 3 12.75
3． 最穩定 躍遷 放出 差
4． 原子結構 里德伯常量 線狀
5． 庫侖引力 圓周運動 量子化 穩定 電磁輻射 能級 定態 最低 En-Em
6． 波長 強度 亮線 連在一起 線狀譜 特定頻率 位置不同 發光頻率 特征譜線 特征譜線 組成成分 光譜分析
7． 3
8．
9． 近 51
四自我檢測
1．C
2．A
3．C
4．B
5．A
6．C
7．D
8．D
9．D
10．D
試卷第1頁，共3頁

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