浙江省桐鄉(xiāng)市高考物理一輪復(fù)習(xí) 玻爾的原子模型課件

1、 （1）、能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：、能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不原子只能處于一系列不 連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電 子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫 定態(tài)。（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的）（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的） （2）、躍遷假設(shè)：）、躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為Em） 躍遷到另一種定態(tài)（躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為設(shè)能量為En）時(shí)，它輻射（或吸時(shí)，它輻射（或吸 收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能收）一定頻率的光子，光子

2、的能量由這兩種定態(tài)的能 量差決定，即量差決定，即 h=Em- En （本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出）本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出） （3 3）、軌道量子化假設(shè)：）、軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電原子的不同能量狀態(tài)跟電 子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是 不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。 （針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充） 一、玻爾原子理論的基本假設(shè)：一、玻爾原子理論的基本假設(shè)： 軌道半徑：軌道半徑：（n=1,2,3) 能能 量：量：

3、 （n=1,2,3) 式中式中r1=0.053nm、E1=-13.6eV、分別代表第一條分別代表第一條 （即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌 道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，rn、En 分別代表第分別代表第n條可能軌條可能軌 道的半徑和電子在第道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，n 是正整數(shù)是正整數(shù)，叫，叫量子數(shù)量子數(shù)。 1 2r nrn 1 2 1 E n En * *1 1、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力 學(xué)計(jì)算出氫原子的電子的各條可能軌學(xué)計(jì)算出氫原子的電子的各條可能軌 道半徑和電

4、子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的 能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）公式：能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）公式： 1 1、能級(jí)：、能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)能級(jí)。 2、能級(jí)：、能級(jí)： 2 2、基態(tài)和激發(fā)態(tài)：、基態(tài)和激發(fā)態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)， 這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)基態(tài)； 除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)，叫做除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)，叫做激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)。 3 3、原子吸收能量和輻射能量：、原子吸收能量和輻射能量：原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)原

5、子從基態(tài)向激發(fā)態(tài) 躍遷的過(guò)程，是躍遷的過(guò)程，是吸收能量的過(guò)程吸收能量的過(guò)程；原子從較高的激發(fā)態(tài)原子從較高的激發(fā)態(tài) 向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程，是向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程，是輻射能量的過(guò)程輻射能量的過(guò)程， 這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象原子發(fā)光現(xiàn)象。 4 4、原子無(wú)論吸收或輻射能量，這個(gè)、原子無(wú)論吸收或輻射能量，這個(gè)能量都不能是任能量都不能是任 意的，只能等于原子發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差意的，只能等于原子發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差。 -13.6 -3.40 -1.51 -0.85 -0.54 0 nE/ eV 二、玻爾理論對(duì)氫

6、光譜的解釋 氫原子能級(jí)圖氫原子能級(jí)圖 賴曼系賴曼系 巴耳末系巴耳末系 帕邢系帕邢系 1 2 3 4 -13.6 n -3.40 -1.51 -0.85 0 E/eV 氫原子的光譜氫原子的光譜 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 nE/eV 賴曼系（紫外線）賴曼系（紫外線） 巴耳末系（可見光）巴耳末系（可見光） 帕邢系（紅外線）帕邢系（紅外線） 布喇開系布喇開系 逢德系逢德系 N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng)軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng) 成功解釋了氫光譜的所有譜線。成功解釋了氫光譜的所有譜線。 說(shuō)明：說(shuō)明： （1）這里的能量指總能量這里的能量指總能量

7、(即即E=Ek+Ep) 例如：例如：E1=-13.6eV 實(shí)際上，其中實(shí)際上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。 （2）這里的電勢(shì)能）這里的電勢(shì)能Ep0，原因是規(guī)定了原因是規(guī)定了 無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零。這樣越是里面軌無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零。這樣越是里面軌 道電勢(shì)能越少，負(fù)得越多。道電勢(shì)能越少，負(fù)得越多。 夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義： 19111911年，盧瑟福根據(jù)年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核 式結(jié)構(gòu)模型。式結(jié)構(gòu)模型。19131913年，玻爾將普朗克量子假說(shuō)運(yùn)用到原子年，玻爾將普朗克量子假說(shuō)運(yùn)用到原子 核式結(jié)

8、構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念：核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念： 原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴 隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所 處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。隨著英國(guó)物理學(xué)家埃萬(wàn)斯對(duì)光處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。隨著英國(guó)物理學(xué)家埃萬(wàn)斯對(duì)光 譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都 必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在

9、19141914 年，德國(guó)科學(xué)家弗蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣年，德國(guó)科學(xué)家弗蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣 體中原子碰撞的方法體中原子碰撞的方法( (與光譜研究相獨(dú)立與光譜研究相獨(dú)立) )，簡(jiǎn)單而巧妙地，簡(jiǎn)單而巧妙地 直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了 有力的證據(jù)。有力的證據(jù)。 (JAMES FRANCK) (GUSTAV HERTZ) 1925 1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得 了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（19261926年于德國(guó)洛丁年于德國(guó)洛丁 根補(bǔ)

10、發(fā)）。弗蘭克根補(bǔ)發(fā)）。弗蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原 子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物 理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。 *夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ) 根據(jù)玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù)根據(jù)玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù) 的穩(wěn)定狀態(tài)之中，其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值的穩(wěn)定狀態(tài)之中，其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值 E Ei i(i(i=1,2,3=1,2,3) )，這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì)，這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì) 應(yīng)的

11、狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。 當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就 會(huì)吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子會(huì)吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子 所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。 mn EEhv(h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)) 本實(shí)驗(yàn)中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能本實(shí)驗(yàn)中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能 量而實(shí)現(xiàn)，并滿足能量選擇定則：量而實(shí)現(xiàn)，并滿足能量選擇定則： mn EEeU (U為激發(fā)電位為激發(fā)電位) 弗蘭克弗蘭克赫茲實(shí)

12、驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn) 弗蘭克弗蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測(cè)量的氣體，本實(shí)赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測(cè)量的氣體，本實(shí) 驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)K K發(fā)出，發(fā)出，K K與柵極與柵極G G之間有加速之間有加速 電場(chǎng)，電場(chǎng)，G G與接收極與接收極A A之間有減速電場(chǎng)。當(dāng)電子在之間有減速電場(chǎng)。當(dāng)電子在KGKG空間經(jīng)空間經(jīng) 過(guò)加速、碰撞后，進(jìn)入過(guò)加速、碰撞后，進(jìn)入KGKG空間時(shí)，能量足以沖過(guò)減速電空間時(shí)，能量足以沖過(guò)減速電 場(chǎng)，就成為電流計(jì)的電流。場(chǎng)，就成為電流計(jì)的電流。 *實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 改進(jìn)的弗蘭克改進(jìn)的弗蘭克- -赫茲赫茲 管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。 電子由陰極電子由

13、陰極K K發(fā)出，陰發(fā)出，陰 極極K K和第一柵極和第一柵極G1G1之間之間 的加速電壓的加速電壓U UG1K G1K及與第 及與第 二柵極二柵極G G2 2之間的加速電之間的加速電 壓壓U UG2K G2K使電子加速。在 使電子加速。在 板極板極A A和第二柵極和第二柵極G G2 2之間之間 可設(shè)置減速電壓可設(shè)置減速電壓U UG2A G2A。 。 A U UG1K K UG2K G1 UG2A G2 電子電子 汞原子汞原子 A 燈絲燈絲 夫蘭克夫蘭克赫茲管結(jié)構(gòu)圖赫茲管結(jié)構(gòu)圖 設(shè)汞原子的基態(tài)能量為設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E E0 0，第一激發(fā)態(tài)的能量為，第一激發(fā)態(tài)的能量為E E1 1，初速為零，初速為零 的電子在電位差為的電子在電位差為U U的加速電場(chǎng)作用下，獲得能量為的加速電場(chǎng)作用下，獲得能量為eUeU