高二物理選修3-5-18.4-玻爾的原子模型-LI

第一頁，共33頁。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁(diàncí)理論的矛盾(一)原子(yuánzǐ)是穩(wěn)定的電子繞核運(yùn)動將不斷向外輻射電磁波，電子損失了能量，其軌道(guǐdào)半徑不斷縮小，最終落在原子核上,而使原子變得不穩(wěn)定．++經(jīng)典理論認(rèn)為事實(shí)第二頁，共33頁。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論(lǐlùn)的矛盾(二)由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率等于(děngyú)繞核運(yùn)動的頻率,連續(xù)變化,原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜經(jīng)典(jīngdiǎn)理論認(rèn)為事實(shí)原子光譜是不連續(xù)的,是線狀譜第三頁，共33頁。以上矛盾說明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來的經(jīng)典電磁理論不適用于原子這樣小的物體(wùtǐ)產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個矛盾，1913年丹麥的物理學(xué)家玻爾在盧瑟福學(xué)說的根底上，把普朗克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。第四頁，共33頁。一、玻爾原子理論的根本(gēnběn)假設(shè)〔三個重要(zhòngyào)假設(shè)〕假說(jiǎshuō)1:軌道量子化分立軌道針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出圍繞原子核運(yùn)動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射，也就是說，電子的軌道也是量子化的+第五頁，共33頁。一、玻爾原子理論的根本(gēnběn)假設(shè)電子在不同(bùtónɡ)的軌道上運(yùn)動，原子處于不同(bùtónɡ)的狀態(tài)．玻爾指出，原子在不同(bùtónɡ)的狀態(tài)中具有不同(bùtónɡ)的能量，所以原子的能量也是量子化的。在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的。〔三個重要(zhòngyào)假設(shè)〕假說2:定態(tài)〔能級〕假說針對原子的穩(wěn)定性提出+第六頁，共33頁。能級(néngjí)：量子化的能量值。定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定(wěndìng)狀態(tài)量子數(shù)基態(tài)：能量最低的狀態(tài)（離核最近）——基態(tài)激發(fā)態(tài)：其他的狀態(tài)激發(fā)態(tài)一、玻爾原子理論的根本(gēnběn)假設(shè)〔三個重要假設(shè)〕假說2:能級〔定態(tài)〕假說能級圖123軌道與能級相對應(yīng)Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５E∞第七頁，共33頁。n

EmEn一、玻爾原子理論的根本(gēnběn)假設(shè)〔三個重要(zhòngyào)假設(shè)〕假說3:躍遷(yuèqiān)假說〔頻率條件〕針對原子光譜是線狀譜提出當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道〔其能量記為Ｅm〕躍遷到能量較低的定態(tài)軌道〔能量記為Ｅn，m>n〕時，會放出能量為hν的光子〔h是普朗克常量〕，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Ｅm-Ｅn稱為頻率條件，又稱輻射條件+第八頁，共33頁。原子在始、末兩個能級Em和En〔Em>En〕間躍遷(yuèqiān)時發(fā)射〔或吸收〕光子的頻率可以由前后能級的能量差決定：一、玻爾原子理論的根本(gēnběn)假設(shè)〔三個重要(zhòngyào)假設(shè)〕假說3:躍遷假說〔頻率條件〕針對原子光譜是線狀譜提出Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５E∞第九頁，共33頁。激發(fā)態(tài)躍遷(yuèqiān)基態(tài)（電子克服庫侖引力做功增大電勢能，原子的能量增加）吸收光子（電子所受庫侖力做正功減小電勢能，原子的能量減少）輻射(fúshè)光子光子的發(fā)射(fāshè)和吸收〔Em>En〕第十頁，共33頁。玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓(niúdùn)運(yùn)動定律，計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量．氫原子能級(néngjí)二、玻爾理論(lǐlùn)對氫光譜的解釋(r1=0.053nm)第十一頁，共33頁。氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運(yùn)動(yùndòng)的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，因為在選無窮遠(yuǎn)處電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值，且其大小總大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)能量值均為負(fù)值，因此，不能根據(jù)氫原子的能級公式得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結(jié)論。第十二頁，共33頁。說明(shuōmíng)1：〔1〕這里(zhèlǐ)的能量指總能量(即E=Ek+Ep)例如(lìrú)：E1=-13.6eV實(shí)際上，其中Ek1，Ep1?！?〕這里的電勢能Ep＜0，原因是規(guī)定了無限遠(yuǎn)處的電勢能為零。這樣越是里面軌道電勢能越少，負(fù)得越多。(3)量子數(shù)n=1定態(tài)，能量值最小，電子動能最大，電勢能最??；量子數(shù)越大，能量值越大，電子動能越小，電勢能越大.第十三頁，共33頁?！?〕躍遷(yuèqiān)時電子動能、原子電勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減?。粗?，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大．第十四頁，共33頁。說明(shuōmíng)2：1、從高能級向低能級躍遷–發(fā)射(fāshè)光子以光子形式(xíngshì)輻射出去〔原子發(fā)光現(xiàn)象〕2從低能級向高能級躍遷對于能量小于的光子〔要么全被吸收，要么不吸收〕對于能量大于或等于的光子〔電離〕〔1〕吸收光子〔2〕吸收實(shí)物粒子能量只要實(shí)物粒子動能足以使氫原子向高能級躍遷,就能被氫原子吸收全部或局部動能而使氫原子向高能級躍遷,多余能量仍為實(shí)物粒子動能。第十五頁，共33頁。氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種(ɡèzhǒnɡ)情況出現(xiàn)．對于量子數(shù)為n的一群(yīqún)氫原子，向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為N=說明(shuōmíng)3.一群原子和一個原子的躍遷問題第十六頁，共33頁。說明4.躍遷與電離的問題原子躍遷時．不管是吸收還是輻射光子，其光子的能量都必須(bìxū)等于這兩個能級的能量差．即：假設(shè)想把處于某一定態(tài)上的原子的電子電離出去，就需要給原子一定的能量．如基態(tài)氫原子電離，其電離能為13.6eV，只要能量等于或大于13.6eV的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動能越大．第十七頁，共33頁。－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540nE/eV∞賴曼系〔紫外線〕巴耳末系〔可見光〕帕邢系〔紅外線〕布喇開系逢德系N=1N=2N=3N=4N=5N=6軌道(guǐdào)與能級相對應(yīng)成功解釋(jiěshì)了氫光譜的所有譜線。二、玻爾理論對氫光譜(guāngpǔ)的解釋第十八頁，共33頁。氫原子能級(néngjí)躍遷與光譜圖巴耳末系-13.6eV-3.40eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0n=1n=2n=3n=4n=5n=問題1：巴爾末公式有正整數(shù)n出現(xiàn)，這里我們也用正整數(shù)n來標(biāo)志氫原子的能級(néngjí)。它們之間是否有某種關(guān)系？巴爾末公式(gōngshì)：二、玻爾理論對氫光譜的解釋第十九頁，共33頁。n=6n=5n=4n=1n=3n=2〔巴爾末系〕二.玻爾理論(lǐlùn)對氫光譜的解釋HδHγHβHα第二十頁，共33頁。玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題(wèntí)，但是也有它的局限性．在解決核外電子的運(yùn)動(yùndòng)時成功引入了量子化的觀念同時(tóngshí)又應(yīng)用了“粒子、軌道〞等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難．三、玻爾模型的局限性氦原子光譜量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉尅５诙豁?，?3頁。湯姆孫發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)電子湯姆孫的西瓜(xīguā)模型α粒子(lìzǐ)散射實(shí)驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實(shí)氫光譜實(shí)驗否定建立否定建立否定盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型建立出現(xiàn)矛盾出現(xiàn)矛盾?玻爾模型復(fù)雜〔氦〕原子光譜量子力學(xué)理論

玻爾模型否定建立觀察與實(shí)驗所獲得的事實(shí)出現(xiàn)矛盾建立科學(xué)模型提出科學(xué)假說拓展與提高怎樣修改玻爾模型？思想：必須徹底放棄經(jīng)典概念？關(guān)鍵：用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率——電子云原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識史第二十二頁，共33頁。重點(diǎn)一：能熟練畫出氫原子能級圖EnE2E1-13.6E3E4E5基態(tài)電離態(tài)第一激發(fā)態(tài)主量子數(shù)能量巴耳末系末態(tài)賴曼系末態(tài)第二激發(fā)態(tài)第三激發(fā)態(tài)8654321(eV)E113.6eVEnE1n2記住關(guān)鍵數(shù)據(jù)和公式((vhE初E末學(xué)以致用(xuéyǐzhìyòng)重點(diǎn)二：掌握能級躍遷概念及譜線計算方法h10346.63Js10191.60JEnE1n2n2eV13.613.6n2((vhE初E末優(yōu)點(diǎn)：突出能級概念?？煽闯衫碚摴健５诙?，共33頁。例題1：按照波爾理論(lǐlùn)，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道上，有關(guān)能量變化的說法中，正確的選項是:A、電子的動能變大，電勢能變大，總能量變大B、電子的動能變小，電勢能變小，總能量變小C、電子的動能變小，電勢能變大，總能量不變D、電子的動能變小，電勢能變大，總能量變大D第二十四頁，共33頁。例題2：根據(jù)玻爾理論，某原子(yuánzǐ)的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E/的軌道，輻射出波長為λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，那么E/等于A.B.C.D.C第二十五頁，共33頁。例題3：欲使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)，以下可行的措施是〔〕A.用10.２eV的光子(guāngzǐ)照射B.用11eV的光子(guāngzǐ)照射C.用14eV的光子(guāngzǐ)照射D.用11eV的電子碰撞ACD第二十六頁，共33頁。例4、如下(rúxià)圖為氫原子的能級圖，假設(shè)用能量為的光子去照射大量處于基態(tài)的氫原子，那么〔〕

A.氫原子能從基態(tài)躍遷到n=4的激發(fā)態(tài)上去

B.有的氫原子能從基態(tài)躍遷到n=3的激發(fā)態(tài)上去

C.氫原子最多能發(fā)射3種波長不同的光

D.氫原子最多能發(fā)射6種波長不同的光

AD第二十七頁，共33頁。八、氫原子的能量(néngliàng)rv庫侖力提供向心力1、電子的動能：2、原子的電勢能：取電子與核相距無窮遠(yuǎn)時的電勢能為零第二十八頁，共33頁。3、原子(yuánzǐ)的能量：原子的能量值是核外電子(héwàidiànzǐ)的動能原子所具有的勢能的總和原子(yuánzǐ)的能量值為什么是一個負(fù)值?衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動