玻爾的原子模型

關(guān)于玻爾的原子模型第1頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三1．知道玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容。2．了解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念。3．能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子模型。4．了解玻爾模型的不足之處及其原因。第2頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三本節(jié)是本章內(nèi)容的重點章節(jié)，也是難點。玻爾理論的內(nèi)容不易理解，介紹玻爾理論時，可根據(jù)盧瑟福原子模型跟經(jīng)典電磁理論之間的矛盾，說明經(jīng)典電磁理論不適用于原子結(jié)構(gòu)，直接提出玻爾理論的內(nèi)容，簡潔明了，學(xué)生容易接受。關(guān)于氫原子核外電子躍遷時的輻射（或吸收）光子問題，可根據(jù)不同層次學(xué)生選定難度。玻爾理論的局限性，學(xué)生了解即可。本節(jié)在介紹玻爾原子理論的內(nèi)容之后，用它來成功地解釋了氫光譜的實驗規(guī)律。玻爾理論的一個重要假設(shè)就是原子能量量子化，“弗蘭克-赫茲”實驗證明了正確性。盡管玻爾模型后來被證明不完善，但仍是人們認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的一個重要里程碑。第3頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三電子繞核運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+原子是穩(wěn)定的盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾第4頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三經(jīng)典理論認(rèn)為事實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動的頻率，連續(xù)變化，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜原子光譜是不連續(xù)的，是線狀譜盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾第5頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三

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用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。第6頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出

圍繞原子核運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，電子的軌道是量子化的。一、玻爾原子理論的基本假設(shè)假說1：軌道量子化+分立軌道第7頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三針對原子的穩(wěn)定性提出電子在不同的軌道上運動，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。假說2：能級(定態(tài))假說第8頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三

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)?；鶓B(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)量子數(shù)123軌道與能級相對應(yīng)E412345E1E3E2E5E∞n第9頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三針對原子光譜是線狀譜提出假說3：頻率條件(躍遷假說)E412345E1E3E2E5E∞n

原子在始、末兩個能級Em和En(

Em>En)間躍遷時，發(fā)射(或吸收)光子的頻率可以由前后能級的能量差決定：第10頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三激發(fā)態(tài)躍遷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)射和吸收基態(tài)(

Em>En)第11頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三rn

=n2r1En

=E1/n2r1=0.053nm

（n

=1，2，3，···）玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運動定律，計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量二、玻爾理論對氫光譜的解釋第12頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三這里的電勢能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。量子數(shù)n=1定態(tài)，能量值最小，電子動能最大，電勢能最小；量子數(shù)越大，能量值越大，電子動能越小，電勢能越大。

躍遷時電子動能、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，原子能量增大。第13頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三－－－－－－－－－12345

0nE/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+第14頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三巴耳末系-13.6eV-3.40eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV

0n=1n=2n=3n=4n=5n=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：第15頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三n=6n=5n=4n=1n=3n=2HδHγHβHαH第16頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三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(1)吸收光子對于能量大于或等于13.6eV的光子(電離)；對于能量小于13.6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收)。(2)吸收實物粒子能量只要實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，多余能量仍為實物粒子動能。第17頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三

第18頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三

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動時成功引入了量子化的觀念同時又應(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)睦碚摻忉尩?9頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α粒子散射實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實氫光譜實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)矛盾?玻爾模型復(fù)雜（氦）原子光譜量子力學(xué)理論玻爾模型出現(xiàn)矛盾原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識史否定建立否定建立出現(xiàn)矛盾否定建立否定建立怎樣修改玻爾模型？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—電子云建立科學(xué)模型提出科學(xué)假說觀察與實驗所獲得的事實第20頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三1.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第21頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三2.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()

B.C.D.C第22頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三3.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10.2

eV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第23頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三AD4.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種波長不同的光第24頁，講稿共26頁，2023年5月2日，星期三5.一群處于基態(tài)的氫原子吸收某種單色光的光子后，只能發(fā)出頻率為ν1、ν2、

ν3的三種光子，且ν1>ν2>

ν3，則(