高二物理選修3-5_18.4_玻爾的原子模型_LI

1、-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=18.4 玻爾的原子模型盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾(一)vFree+e+e盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾(二)以上矛盾表明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來的經(jīng)以上矛盾表明，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產(chǎn)典電磁理論不適用于原子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個矛盾，生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個矛盾，19131913年丹麥的物理學(xué)家玻爾在盧瑟福學(xué)說的基年丹麥的物理學(xué)家玻爾在盧瑟福學(xué)說的基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運(yùn)用到原子系礎(chǔ)上，把普朗克的

2、量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。統(tǒng)上，提出了玻爾理論。（三個重要假設(shè)三個重要假設(shè)）假說假說1:1:軌道量子化軌道量子化針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出 電子在不同的軌道上運(yùn)電子在不同的軌道上運(yùn)動，原子處于不同的狀動，原子處于不同的狀態(tài)玻爾指出，原子在不態(tài)玻爾指出，原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量，所以原子的能量也是量子化的。在這些狀態(tài)中量子化的。在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的。原子是穩(wěn)定的。（三個重要假設(shè)三個重要假設(shè)）假說假說2:2:定態(tài)（能級）假說定態(tài)（能級）假說針對原子的穩(wěn)定性提出針對原子的穩(wěn)定性提出（三個重要假設(shè)三個重要假設(shè)

3、）假說假說2:2:能級（定態(tài)）假說能級（定態(tài)）假說能級圖能級圖123軌道與能級相對應(yīng)軌道與能級相對應(yīng)En EmEn（三個重要假設(shè)三個重要假設(shè)）假說假說3:3:躍遷假說（頻率條件）躍遷假說（頻率條件）針對原子光譜是線狀譜提出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)軌當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為道（其能量記為m m）躍遷到）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記能量較低的定態(tài)軌道（能量記為為n n，mnmn）時，會放出能量）時，會放出能量為為h h的光子（的光子（h h是普朗克常是普朗克常量），這個光子的能量由前后量），這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，兩個能級的能量差決定，即

4、即h hm m- -n n稱為頻率條件，又稱輻射條件稱為頻率條件，又稱輻射條件 原子在始、末原子在始、末兩個能級兩個能級Em和和En（ EmEn ）間躍）間躍遷時發(fā)射（或吸遷時發(fā)射（或吸收）光子的頻率收）光子的頻率可以由前后能級可以由前后能級的能量差決定的能量差決定：nmEEhn（三個重要假設(shè)三個重要假設(shè)）假說假說3:3:躍遷假說（頻率條件）躍遷假說（頻率條件）針對原子光譜是線狀譜提出針對原子光譜是線狀譜提出E激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)基基態(tài)態(tài)（電子克服庫侖引力做功增大（電子克服庫侖引力做功增大電勢能，原子的能量增加）電勢能，原子的能量增加）（電子所受庫侖力做正功（電子所受庫侖力做正功減小電勢能，原子的能量

5、減小電勢能，原子的能量減少）減少）光子的發(fā)射和吸收光子的發(fā)射和吸收nmEEhn（ EmEn ）12rnrn)6 .13(1112eVEEnEn3 , 2 , 1n(r1=0.053nm)氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運(yùn)動的動能核運(yùn)動的動能E Ek k和電勢能和電勢能E Ep p的代數(shù)和，的代數(shù)和，因?yàn)樵谶x無窮遠(yuǎn)處電勢能為零的情況下，因?yàn)樵谶x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)氫原子量值均為負(fù)值，因此，不能根據(jù)

6、氫原子的能級公式的能級公式 得出氫原子各定態(tài)能得出氫原子各定態(tài)能量與量與n n2 2成反比的錯誤結(jié)論。成反比的錯誤結(jié)論。21nEEn說明1：（1）這里的能量指總能量這里的能量指總能量(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）這里的電勢能）這里的電勢能Ep0，原因是規(guī)定了無限，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。越少，負(fù)得越多。(3)(3)量子數(shù)量子數(shù)n=1n=1定態(tài)，能量值最小，電子動能最大，定態(tài)，能量值最小，電子動能最大，電勢能

7、最??；量子數(shù)越大，能量值越大，電子動電勢能最?。涣孔訑?shù)越大，能量值越大，電子動能越小，電勢能越大能越小，電勢能越大. .（4）躍遷時電子動能、原子電勢能與原子躍遷時電子動能、原子電勢能與原子能量的變化能量的變化l當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能子的電勢能E Ep p減小，電子動能增大，原子減小，電子動能增大，原子能量減小反之，軌道半徑增大時，原子能量減小反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大大 說明說明2：1 、 從高能級向低能級躍遷從高能級向低能級躍遷 發(fā)射光子發(fā)射光子以光子形式輻

8、射出去（原子發(fā)光現(xiàn)象）以光子形式輻射出去（原子發(fā)光現(xiàn)象）2 從低能級向高能級躍遷從低能級向高能級躍遷對于能量小于對于能量小于13.6ev的光子的光子（要么全被吸收，（要么全被吸收，要么不吸收）要么不吸收）對于能量大于或等于對于能量大于或等于13.6ev的光子的光子（電離）（電離）（1） 吸收光子吸收光子（2）吸收實(shí)物粒子能量吸收實(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部分動能而使氫原子向就能被氫原子吸收全部或部分動能而使氫原子向高能級躍遷高能級躍遷,多余能量仍為實(shí)物粒子動能多余能量仍為實(shí)物粒子動能。l氫原子核外只有

9、一個電子，這個電子在某個時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原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)情況出現(xiàn) l對于量子數(shù)為對于量子數(shù)為n的一群氫原子，向較低的激的一群氫原子，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)為發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為N= 2) 1( nn說明3. 一群原子和一

10、個原子的躍遷問題說明說明4. 躍遷與電離的問題躍遷與電離的問題 原子躍遷時不管是吸收還是輻射光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等于這兩個能級子，其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差即：的能量差即： 若想把處于某一定態(tài)上的原子的電子若想把處于某一定態(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，其電離能為基態(tài)氫原子電離，其電離能為13.6 eV，只要能量等于或大于只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離，只不過入射光被基態(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

11、子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動能越大有的動能越大 nmEEhn-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 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=1N=2N=3N=4N=5N=6軌道與能級相對應(yīng)軌道與能級相對應(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。 氫氫原原子子能能級級躍躍遷遷與與光光譜譜圖圖巴巴耳耳末末系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=212211nR,5 ,43，n

12、n=6n=5n=4n=1n=3n=2（巴爾末系）HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7 巴 耳 末 公 式 R=1.10 10 里 德 伯 常 量玻爾理論玻爾理論的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題，但是也有它的的電磁波的問題，但是也有它的局限性局限性在解決核外電子的運(yùn)動時在解決核外電子的運(yùn)動時成功引入了成功引入了的觀念的觀念同時又應(yīng)用了同時又應(yīng)用了“粒子、粒子、軌道軌道”等等經(jīng)典概念經(jīng)典概念和和有關(guān)有關(guān)牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)規(guī)律規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的他問題上遇到了很大的氦原子光譜氦原子光譜量子化條件的量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉尩睦碚摻忉尅７穸ǚ穸ń⒔⒎穸ǚ穸ń⒔⒎穸ǚ穸ń⒔⒊霈F(xiàn)矛盾出現(xiàn)矛盾否定否定建立建立出現(xiàn)矛盾電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率電子云電子云chEchEchE chE A. B. C. D.例例4、如圖所示為氫原子的能級圖，若用能量、如圖所示為氫原子的能級圖，若用能量為為12.75eV的光子去照射大量處于基態(tài)的氫原的光子去照射大量處于基態(tài)的