§18.4《玻尔的原子模型》概述

动量守恒定律第十六章电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定e+e经典理论认为事实+vFree原子是稳定的新课引入经典理论认为事实由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱原子光谱是不连续的，是线状谱新课引入以上矛盾表明:从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象.新课引入电子轨道半径连续变小原子不稳定辐射电磁波频率连续变化原子是稳定的原子光谱是线状谱——分立核外电子绕核运动辐射电磁波为了解决这个矛盾,1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上,把普朗克的量子理论运用到原子系统上,提出了玻尔理论.玻尔认为：电子绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律，假说1：轨道量子化分立轨道针对原子核式结构模型提出电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射但轨道半径只能是某些分立的数值.即:电子的轨道是量子化的.玻尔指出:电子在不同轨道上运动时,原子处于不同状态,具有不同的能量,假说2：能级(定态)假说针对原子的稳定性提出基态激发态量子数E412345E1E3E2E5E∞n即原子的能量也是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级.原子中这些具有确定的稳定状态称为定态.能量最低的状态叫做基态，其他能量状态叫作激发态.123轨道与能级相对应假说3：频率条件(跃迁假说)原子在始、末两个能级Em和En(EmEn)间跃迁时,发射(或吸收)光子的频率可以由前后能级的能量差决定：mnhEE针对原子光谱是线状谱提出激发态跃迁吸收光子辐射光子基态玻尔从上述假设出发,利用库仑定律和牛顿运动定律,计算出了氢电子可能的轨道半径和对应的能量值.2.这里的电势能Ep＜0，原因是规定了无限远处的电势能为零。这样越是距离原子核近的轨道电势能越小。3.量子数n=1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小；量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。4.跃迁时电子动能、电势能与原子的能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，电势能Ep减小，电子动能增大，原子的能量减小。反之，轨道半径增大时，库仑引力做负功，电势能增大，电子动能减小，原子的能量增大。注意－－－－－－－－－123450nE/eV∞赖曼系（紫外线）巴耳末系（可见光）帕邢系（红外线）布喇开系逢德系N=1N=2N=3N=4N=5N=6成功解释了氢光谱的所有谱线+巴耳末系-13.6eV-3.40eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0n=1n=2n=3n=4n=5n=巴尔末公式有正整数n出现，这里我们也用正整数n来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？22111()34,5,2Rnn　，L巴尔末公式：1mR7=1.1010　　想一想n=6n=5n=4n=1n=3n=21mR7=1.1010　　HδHγHβHαHL22111()234,5,Rnn　，想一想1.从高能级向低能级跃迁发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）.2.从低能级向高能级跃迁(1)吸收光子对于能量大于或等于13.6eV的光子(电离)；对于能量小于13.6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收).(2)吸收实物粒子能量只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子的动能.提升提升3.原子的电离若入射光子的能量大于原子的电离能，则原子也会被激发跃迁，这是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.4.一群原子和一个原子的跃迁问题氢原子从高能级向低能级跃迁时，对一个氢原子来说，可以辐射(n-1)种频率的光子；对一群氢原子来说，可能辐射n(n-1)/2种频率的光子.玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题,但是也有它的局限性.在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念同时又应用“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外,在解决其他问题上遇到了很大的困难.氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释汤姆孙发现电子汤姆孙的西瓜模型α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型原子不可割汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实氢光谱实验卢瑟福的核式结构模型出现矛盾?玻尔模型复杂（氦）原子光谱量子力学理论玻尔模型出现矛盾否定建立否定建立出现矛盾否定建立否定建立怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率—电子云建立科学模型提出科学假说观察与实验所获得的事实一、玻尔原子结构模型内容1.轨道量子化假设2.能量量子化假设3.跃迁假设二、玻尔理论对氢光谱的解释1.向低能级跃迁发射光子2.向高能级跃迁吸收光子nmEEhv跃迁：三、玻尔理论的成功与局限之处1.成功之处:引入了“量子”的观念成功解释了氢原子的线状光谱2.局限之处:(1)对于外层电子较多元素的原子光谱,其理论与事实相差很大(2)过多地引用了经典的物理理论课堂小结1.按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是()A.电子的动能变大，电势能变大，总能量变大B.电子的动能变小，电势能变小，总能量变小C.电子的动能变小，电势能变大，总能量不变D.电子的动能变小，电势能变大，总能量变大D巩固练习2.根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为Eʹ的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则Eʹ等于()A.B.C.D.CEhc　Ehc　cEh　cEh　巩固练习3.如图所示为氢原子的能级图，若用能量为12.75eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，则()A.氢原子能从基态跃迁到n=4的激发态上去B.有的氢原子能从基态跃迁到n=3的激发态上去C.氢原子最多能发射3种波长不同的光D.氢原子最多能发射6种波长不同的光AD巩固练习4.根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）A.可取任意值B.可在某一范围内取任意值C.可取一系列不连续的任意值D.是一系列不连续的特定值巩固练习DACD5.欲使处于基态的氢原子被激发，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的电子碰撞