高中物理 第2章 第4节 氢原子光谱与能级结构学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高中选修3-5物理学案VIP免费

氢原子光谱与能级结构1.氢原子光谱的特点之一是从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ等，这些谱线可以帮助我们判断化合物中是否含有氢。2．氢原子光谱的特点之二是从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性，即＝R(n＝3,4,5，6，…)。3．玻尔理论的成功之处是引入了量子化的概念，解释了原子结构和氢原子光谱的关系。但在推导过程中仍采用了经典力学的方法，因此是一种半经典的量子论。1．氢原子光谱的特点(1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；Hα～Hδ的这几个波长数值成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢。(2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。2．巴尔末公式＝R(n＝3,4,5，…)，其中R叫做里德伯常量，数值为R＝1.096_775_81×107_m－1。3．玻尔理论对氢光谱的解释(1)理论推导按照玻尔原子理论，氢原子的电子从能量较高的能级跃迁到n＝2的能级上时，辐射出的光子能量应为hν＝En－E2，根据氢原子的能级公式En＝可得E2＝，由此可得hν＝－E1，由于c＝λν，所以上式可写成＝，把这个式子与巴尔末公式比较，可以看出它们的形式是完全一样的，并且R＝，计算出－的值为1.097×107m－1与里德伯常量的实验值符合得很好。这就是说，根据玻尔理论，不但可以推导出表示氢原子光谱规律性的公式，而且还可以从理论上来计算里德伯常量的值。由此可知，氢原子光谱的巴尔末系是电子从n＝3,4,5,6，…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出来的。其中Hα～Hδ在可见光区。(2)玻尔理论的成功和局限性成功之处冲破了能量连续变化的束缚，认为能量是量子化的根据量子化能量计算光的发射频率和吸收频率局限性利用经典力学的方法推导电子轨道半径，是一种半经典的量子论1．自主思考——判一判(1)氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的。(√)(2)由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的。(×)(3)由于不同元素的原子结构不同，所以不同元素的原子光谱也不相同。(√)(4)玻尔理论是完整的量子化理论。(×)(5)玻尔理论成功的解释了氢原子光谱的实验规律。(√)(6)玻尔理论不但能解释氢原子光谱，也能解释复杂原子的光谱。(×)2．合作探究——议一议(1)氢原子光谱有什么特征，不同区域的特征光谱满足的规律是否相同？提示：氢原子光谱是分立的线状谱。它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。(2)玻尔理论的成功和局限是什么？提示：成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动。氢原子光谱的理解1．氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质。2．氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线，应注意以下几点：(1)氢原子光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值。(2)谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式＝R表达。式中m＝2对应巴尔末公式：＝R，n＝3,4,5…。其谱线称为巴尔末线系，是氢原子核外电子由高能级跃迁至n＝2的能级时产生的光谱，其中Hα～Hδ在可见光区。由于光的频率不同，其颜色不同。m＝1对应赖曼系m＝3对应帕邢系即赖曼系(在紫外区)，＝R，n＝2,3,4…帕邢系(在红外区)，＝R，n＝4,5,6…[特别提醒]氢原子的线状光谱反映了原子能量的量子化。[例1]在可见光范围内，氢原子光谱中波长最长的2条谱线所对应的基数为n，已知里德伯常量R＝1.10×107m－1。(1)它们的波长各是多少？(2)其中波长最长的光对应的光子能量是多少？[思路点拨]巴尔末公式＝R是反映可见光范围内氢原子发光规律的，n越小对应的波长越长，光子能量由E＝h确定。[解析](1)谱线对应的n越小，波长越长，故当n＝3,4时，氢原子发光所对应的波长最长。当n＝3时，＝1.10×107×m－1解得λ1＝6.5×10－7m。当n＝4时，＝1.10×107×m－1解得λ2＝4.8×10－7m。(2)n＝3时，对应着氢原子巴尔末系中波长最长的光，设其波长为λ，因此E＝hν＝h＝J＝3.06...