玻爾的原子模型課堂

第十八章原子結(jié)構(gòu)目前一頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α粒子散射實(shí)驗(yàn)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型回顧科學(xué)家對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識史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(yàn)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?目前二頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)原子是穩(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)目前三頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率等于繞核運(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)典理論認(rèn)為事實(shí)原子光譜是不連續(xù)的,是線狀譜目前四頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)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)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)說的基礎(chǔ)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。目前五頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)一、玻爾原子理論的基本假設(shè)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+目前六頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)一、玻爾原子理論的基本假設(shè)

電子在不同的軌道上運(yùn)動，原子處于不同的狀態(tài)．玻爾指出，原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，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。針對原子的穩(wěn)定性提出+目前七頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)能級：量子化的能量值。定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(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、玻爾原子理論的基本假設(shè)能級圖123軌道與能級相對應(yīng)Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５E∞目前八頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)n

EmEn一、玻爾原子理論的基本假設(shè)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(shí)，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+目前九頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)

原子在始、末兩個能級Em和En（Em>En

）間躍遷時(shí)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、玻爾原子理論的基本假設(shè)針對原子光譜是線狀譜提出Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５E∞目前十頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)激發(fā)態(tài)躍遷基態(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）輻射光子光子的發(fā)射和吸收（Em>En

）目前十一頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運(yùn)動定律，計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量．氫原子能級二、玻爾理論對氫光譜的解釋(r1=0.053nm)目前十二頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運(yùn)動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，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。目前十三頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)說明1：（1）這里的能量指總能量(即E=Ek+Ep)例如：E1=-13.6eV實(shí)際上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2）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.目前十四頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)（4）躍遷時(shí)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(shí)，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(shí)，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大．目前十五頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)

說明2：1、從高能級向低能級躍遷–發(fā)射光子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對于能量小于13.6ev的光子（要么全被吸收，要么不吸收）對于能量大于或等于13.6ev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部分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。目前十六頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時(shí)刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時(shí)，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(shí)就會有各種情況出現(xiàn)．對于量子數(shù)為n的一群氫原子，向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為N=

說明3.一群原子和一個原子的躍遷問題目前十七頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)說明4.躍遷與電離的問題原子躍遷時(shí)．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的能量差．即：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．目前十八頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)－－－－－－－－－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軌道與能級相對應(yīng)成功解釋了氫光譜的所有譜線。二、玻爾理論對氫光譜的解釋目前十九頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)

氫原子能級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。它們之間是否有某種關(guān)系？巴爾末公式：二、玻爾理論對氫光譜的解釋目前二十頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)n=6n=5n=4n=1n=3n=2（巴爾末系）二.玻爾理論對氫光譜的解釋HδHγHβHα目前二十一頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)

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，但是也有它的局限性．在解決核外電子的運(yùn)動時(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量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉?。目前二十二頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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)識史目前二十三頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)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)以致用重點(diǎn)二：掌握能級躍遷概念及譜線計(jì)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?。目前二十四頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)

例題1：按照波爾理論，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目前二十五頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)例題2：根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為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，則E/等于

A.B.C.D.C目前二十六頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)例題3：欲使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)，下列可行的措施是（）

A.用10.２eV的光子照射

B.用11eV的光子照射

C.用14eV的光子照射

D.用11eV的電子碰撞ACD目前二十七頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)例4、如圖所示為氫原子的能級圖，若用能量為12.75eV的光子去照射大量處于基態(tài)的氫原子，則（）

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目前二十八頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)八、氫原子的能量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(shí)的電勢能為零目前二十九頁\總數(shù)三十二頁\編于三點(diǎn)3、原子的能量：原子的能量值是核外電子的動能原子所具有的勢能的總和原子