3.2波爾的原子模型高中物理同課異構(gòu)ppt課件

1、第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 波爾的原子模型人教版選修人教版選修3-5 19 19世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初，人類世紀(jì)初，人類叩開了微觀世界的大門，物叩開了微觀世界的大門，物理學(xué)家根據(jù)有研究提出了關(guān)理學(xué)家根據(jù)有研究提出了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的各種模型，盧于原子結(jié)構(gòu)的各種模型，盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型能夠很瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋好的解釋 散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得到了許多人的支持，但是與到了許多人的支持，但是與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾，經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾，也有很多人反對(duì)也有很多人反對(duì)歷史回顧歷史回顧盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型存在哪些致命的弱點(diǎn)？盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型存在哪些致命的弱點(diǎn)？原子核式結(jié)

2、構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾核外電子繞核運(yùn)動(dòng)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)輻射電磁波輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實(shí)上：原子是穩(wěn)定事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的的輻射電磁波頻率只是輻射電磁波頻率只是某些確定值某些確定值如何解決這個(gè)矛盾？如何解決這個(gè)矛盾？哪些科學(xué)家的觀點(diǎn)可以啟發(fā)我們呢？哪些科學(xué)家的觀點(diǎn)可以啟發(fā)我們呢？2、能級(jí)假設(shè)：、能級(jí)假設(shè)：a.電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同狀態(tài)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。具有不同能量，所以原子能量也是量子化

3、的。b.原子量子化的原子量子化的能量值叫能級(jí)；原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài)；能量值叫能級(jí)；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)。（本假設(shè)是針對(duì)能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的）原子穩(wěn)定性提出的）3、頻率條件：電子從一種定態(tài)軌道設(shè)能量為、頻率條件：電子從一種定態(tài)軌道設(shè)能量為Em躍遷到另躍遷到另一種定態(tài)設(shè)能量為一種定態(tài)設(shè)能量為En時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即 （本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出）（本假設(shè)針對(duì)線狀

4、譜提出）Em En h v1 1、軌道量子化：圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能、軌道量子化：圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，即電子的軌道是量子化的。（針對(duì)是某些分立的數(shù)值，即電子的軌道是量子化的。（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）一、玻爾原子理論的基本假設(shè)一、玻爾原子理論的基本假設(shè)（19131913年玻爾提出）年玻爾提出）軌道半徑：軌道半徑：能能 量：量： （n=1,2,3)式中式中r1 =0.53r1 =0.5310-10 10-10 、E1=-13.6evE1=-13.6ev分別代表第一分別代表第一條即離核最近的可能軌道的半徑和

5、電子在這條條即離核最近的可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，rnrn、En En 分別代表第分別代表第n n條可能條可能軌道的半徑和電子在第軌道的半徑和電子在第n n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量包條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量包括動(dòng)能和勢(shì)能）括動(dòng)能和勢(shì)能） ，n n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。是正整數(shù)，叫量子數(shù)。二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋12nrnr212n1nRhc-EnE考慮：考慮： 比較比較 和和 ，利用波長，利用波長和頻率的關(guān)系，試推導(dǎo)氫原子能級(jí)表達(dá)式。如何解釋你和頻率的關(guān)系，試推導(dǎo)氫原子能級(jí)表達(dá)式。如何解釋你得到的結(jié)論？得到的結(jié)論？ nmEEhv2211

6、1nmR 氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量 -3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/eV基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)賴曼系賴曼系巴巴耳耳末末系系帕帕邢邢系系布布喇喇開開系系普普豐豐德德系系2、氫原子的能級(jí)圖、氫原子的能級(jí)圖駕駛員之家 jsyzj/ks/ 2019年新題庫科目一模擬考試駕駛員之家 jsyzj/aqks/ 2019年安全文明駕駛常識(shí)模擬考試駕駛員之家 jsyzj/chexing/c1.html C1駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/c2.html C2駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/c3.

7、html C3駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/c4.html C4駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/a1.html A1駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/a2.html A2駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/a3.html A3駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/b1.html B1駕駛證能開什么車駕駛員之家 jsyzj/chexing/b2.html B2駕駛證能開什么車n=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：根據(jù)：E=hv，=c/v又又E =1.89eV= 3.03 10-19J

8、 所以，所以， =hc/ E= 6.6310-34 3.0 10-8 / 3.03 10-19J = 6.57 10-7(m)（巴爾末系）HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量HHHHn=4n=6n=5n=1n=3n=2巴爾巴爾末系末系氫吸氫吸收光收光譜譜玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條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)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成功引入了量子化的觀念同時(shí)又應(yīng)用了同時(shí)又應(yīng)用了“粒子、粒子、軌道等經(jīng)典概念和軌道等經(jīng)典概念和有

9、關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難問題上遇到了很大的困難三、玻爾模型的局限性三、玻爾模型的局限性氦原子光譜氦原子光譜量子化條件的引進(jìn)沒有量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉尅＿m當(dāng)?shù)睦碚摻忉?。夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義： 1911年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。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(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)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(jí)間的能

10、量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對(duì)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(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。科學(xué)足跡科學(xué)足跡 1925 1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)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)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)19261926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克夫蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主

11、要手段之一。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳手段之一。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)。統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。(JAMES FRANCK)(GUSTAV HERTZ)夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)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)Ei(i=1,2,3)，這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。能級(jí)

12、所對(duì)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(jí)間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(jí)間的能量差。的能量差。 mnEEhv(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)，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：并滿足能量選擇定則： mnEEeV(為激發(fā)電位為激發(fā)電位)夫蘭克夫蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測(cè)量的氣體，本實(shí)赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測(cè)量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)驗(yàn)用的

13、是汞。電子由陰級(jí)K K發(fā)出，發(fā)出，K K與柵極與柵極G G之間有加速之間有加速電場(chǎng)，電場(chǎng)，G G與接收極與接收極A A之間有減速電場(chǎng)。當(dāng)電子在之間有減速電場(chǎng)。當(dāng)電子在KGKG空間經(jīng)空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入過加速、碰撞后，進(jìn)入KGKG空間時(shí)，能量足以沖過減速電空間時(shí)，能量足以沖過減速電場(chǎng)，就成為電流計(jì)的電流。場(chǎng)，就成為電流計(jì)的電流。實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 改進(jìn)的夫蘭克改進(jìn)的夫蘭克- -赫茲管赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。電子的基本結(jié)構(gòu)見右圖。電子由陰極由陰極K K發(fā)出，陰極發(fā)出，陰極K K和第和第一柵極一柵極G1G1之間的加速電壓之間的加速電壓VG1KVG1K及與第二柵極及與第二柵極G2G2之間之間的加速電壓的加速電壓VG2KVG2K使電子加使電子加速。在板極速。在板極A A和第二柵極和第二柵極G2G2之間可設(shè)置減速電壓之間可設(shè)置減速電壓VG2AVG2A。AVVG1KKV G 2KG1V G 2AG2電子電子汞原子汞原子A燈絲夫蘭克夫蘭克赫茲管結(jié)構(gòu)圖赫茲管結(jié)構(gòu)圖 設(shè)汞原子的基態(tài)能量為設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E0E0，第一激發(fā)態(tài)的能量為，第一激發(fā)態(tài)的能量為E1E1，初速為零，初速為零的電子在電位差為的電子在電位差為V V的加速電場(chǎng)作用下，獲得能量為的加速電場(chǎng)作用