《波爾的原子模型》課件

18.4玻爾的原子模型18.4玻爾的原子模型1經(jīng)典理論的困難核外電子繞核運(yùn)動(dòng)輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的輻射電磁波頻率只是某些確定值經(jīng)典理論的困難核外電子繞核運(yùn)動(dòng)輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小2歷史回顧在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關(guān)于光子概念的啟發(fā)下，波爾于1913年把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α散射實(shí)驗(yàn)。但是，經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。歷史回顧在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關(guān)于光3

丹麥物理學(xué)家。玻爾通過引入量子化條件，提出了玻爾模型來解釋氫原子光譜;提出互補(bǔ)原理和哥本哈根詮釋來解釋量子力學(xué)，他還是哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人，1922年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。對二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。愛因斯坦評價(jià)說：“作為一個(gè)科學(xué)的思想家，玻爾具有那么驚人的吸引力，在于他具有大膽和謙遜兩種品德難得的結(jié)合”他是盧瑟福的學(xué)生，在其影響下具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，勤奮好學(xué)，平易近人，后來很多的科學(xué)家都有紛紛來到他身邊工作。當(dāng)有人問他，為什么能吸引那么多科學(xué)家來到他身邊工作時(shí)，他回答說：“因?yàn)槲也慌略谇嗄昝媲氨┞蹲砸训挠薮馈薄＿@種坦率和實(shí)事求是的態(tài)度是使當(dāng)時(shí)他領(lǐng)導(dǎo)的哥本哈根理論研究所永遠(yuǎn)充滿活力，興旺發(fā)達(dá)的原因。丹麥物理學(xué)家。玻爾通過引入量子化條件，提出了玻爾模型41、軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律。一、玻爾原子理論的基本假設(shè)氫原子中電子軌道的最小半徑但是，電子軌道半徑不是任意的，只有當(dāng)半徑大小符合一定條件時(shí)，這樣的軌道才是可能的。即電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。1、軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)52、能級假設(shè)：當(dāng)電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同狀態(tài),具有不同能量，所以原子能量也是量子化的。一、玻爾原子理論的基本假設(shè)氫原子在基態(tài)（第一能級）的能量：這些量子化的能量值叫能級；原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。2、能級假設(shè)：當(dāng)電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同狀態(tài),具6氫原子的軌道及對應(yīng)的能級n∞：電子脫離核束縛12345∞n量子數(shù)-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV氫原子能級圖氫原子的軌道及對應(yīng)的能級n∞：電子脫離核束縛12345∞n73、躍遷假設(shè)：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（設(shè)能量為Em）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（設(shè)能量為En，m>n）時(shí)，它輻射出一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即一、玻爾原子理論的基本假設(shè)反之，當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的能量同樣由兩種定態(tài)的能量差決定。3、躍遷假設(shè)：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（設(shè)能量為Em）躍遷8軌道半徑：能量：（n=1,2,3……)式中r1=0.53×10-10m、E1=-13.6ev二、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量

頻率條件軌道半徑：能量：（n=1,2,3……)式中r1=09n=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：E=hv，λ=c/v又Eδ=1.89eV=3.03×10-19J所以，λ

δ=hc/Eδ=6.63×10-34×3.0×10-8

/

3.03×10-19J=6.57×10-7(m)（巴爾末系）HδHγHβHαn=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：E=hv，λ=c/10HδHγHβHαn=4n=6n=5n=1n=3n=2巴爾末系氫吸收光譜HδHγHβHαn=4n=6n=5n=1n=3n=2巴爾末系11－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基態(tài)激發(fā)態(tài)賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開系普豐德系氫原子的能級圖－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.12大量氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)1、會(huì)輻射出幾種頻率的光？2、其中波長最短的是在哪兩個(gè)能級之間躍遷時(shí)發(fā)出的？12345∞n量子數(shù)-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV光子的能量必須等于能級差大量氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)1、會(huì)輻射出幾種頻率的光？2、其中13電離：電離后電子剩余動(dòng)能為：注意：En為負(fù)值思考:分別能量為2eV、10eV的光子照射處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子，結(jié)果如何？使原子電離12345∞n量子數(shù)-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV電離：電離后電子剩余動(dòng)能為：注意：En為負(fù)值思考:分別能量為14實(shí)物粒子使原子躍遷實(shí)物粒子和原子碰撞的情況，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地為原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。知識拓展：實(shí)物粒子使原子躍遷實(shí)物粒子和原子碰撞的情況，由于實(shí)物粒子的動(dòng)15夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：1913年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(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)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間躍遷時(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處兩定態(tài)能級間的能量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對光譜的研究，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1914年，德國科學(xué)家夫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(與光譜研究相獨(dú)立)，簡單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)?？茖W(xué)足跡夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：1913年，玻爾將161925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)（1926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克-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，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。(JAMESFRANCK)(GUSTAVHERTZ)1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年的諾17玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條件問題，但是也有它的局限性．在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念同時(shí)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波爾理論還沒有完全解釋微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條件問題，但是也有它的18電子是一種微觀粒子，在原子如此小的空間（直徑約10?1?m）內(nèi)作高速（接近光速3×10?m·s?1）運(yùn)動(dòng)，核外電子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)不同，沒有確定的方向和軌跡，只能用電子云描述它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)（幾率）的大小。

電子云是近代對電子用統(tǒng)計(jì)的方法，在核外空間分布方式的形象描繪，它的區(qū)別在于行星軌道式模型。電子是一種微觀粒子，在原子如此小的空間（直徑約10?119達(dá)標(biāo)練習(xí)：1、玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有（）A．原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做變速運(yùn)動(dòng)，但不向外輻射能量

B．原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的

C．電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子

D．電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率ABC達(dá)標(biāo)練習(xí)：1、玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有（202、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（）A、可以取任意值B、可以在某一范圍內(nèi)取任意值C、可以取一系列不連續(xù)的任意值D、是一系列不連續(xù)的特定值D2、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（213、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中（）A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子B、原子要吸收一系列頻率的光子C、原子要發(fā)出某一頻率的光子D、原子要吸收某一頻率的光子C3、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自224、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)n越大，則下列說法中正確的是（）A、電子軌道半徑越大B、核外電子的速率越大C、氫原子能級的能量越大D、核外電子的電勢能越大ACD4、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)n越大，則下列說法中正確的235、如圖所示是某原子的能級圖,a、b、c

為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光.

在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長依次增大,則正確的是

_____________.C三種光的頻率，波長滿足什么關(guān)系？5、如圖所示是某原子的能級圖,a、b、c

為原子躍遷所發(fā)出的24達(dá)標(biāo)練習(xí)：1、對玻爾理論的下列說法中，正確的是（）A、繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B、對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波”的觀點(diǎn)提出了異議C、用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系D、玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來的ABCD達(dá)標(biāo)練習(xí)：1、對玻爾理論的下列說法中，正確的是（252、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（）A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量B、原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就會(huì)向外輻射能量C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子D、原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對應(yīng)一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的C2、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（263、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的是（）A、電子軌道半徑越大B、核外電子的速率越大C、氫原子能級的能量越大D、核外電子的電勢能越大4、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（）A、可以取任意值B、可以在某一范圍內(nèi)取任意值C、可以取一系列不連續(xù)的任意值D、是一系列不連續(xù)的特定值DACD3、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的275、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中（）A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子B、原子要吸收一系列頻率的光子C、原子要發(fā)出某一頻率的光子D、原子要吸收某一頻率的光子C5、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自28一、玻爾原子理論的基本假設(shè)1、軌道假設(shè)：2、能級假設(shè)：3、躍遷假設(shè)：二、玻爾理論對氫光譜的解釋三、玻爾模型的局限性小結(jié)一、玻爾原子理論的基本假設(shè)1、軌道假設(shè)：2、能級假設(shè)：3、躍29《波爾的原子模型》課件30n=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：E=hv，λ=c/v又Eδ=1.89eV=3.03×10-19J所以，λ

δ=hc/Eδ=6.63×10-34×3.0×10-8

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3.03×10-19J=6.57×10-7(m)（巴爾末系）HδHγHβHαn=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：E=hv，λ=c/31玻爾的原子模型4321E4E3E2E1定態(tài)假設(shè)躍遷假設(shè)4321E4E3E2E1軌道假設(shè)4321玻爾的原子模型432132夫蘭克—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)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Ei(i=1,2,3‥)，這些能量值稱為能級。最低能級所對應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級所對應(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所處兩定態(tài)能級間的能量差。(h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量而實(shí)現(xiàn)，并滿足能量選擇定則：

(Ｖ為激發(fā)電位)夫蘭克—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33夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級K發(fā)出，K與柵極G之間有加速電場，G與接收極A之間有減速電場。當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入KG空間時(shí)，能量足以沖過減速電場，就成為電流計(jì)的電流。夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電34