第4節(jié)玻爾的原子模型 能級(jí)(28張)

2.4玻爾的原子模型能級(jí)2021/5/91湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的棗糕模型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(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)史原子不可割湯姆孫的棗糕模型原子穩(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?2021/5/92一、玻爾原子理論的基本假設(shè)（三個(gè)重要假設(shè)）假說(shuō)1:軌道量子化+分立軌道針對(duì)原子核式結(jié)構(gòu)模型提出圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值.且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射.2021/5/93+m

rv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(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)．波爾指出，原子的不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的.（三個(gè)重要假設(shè)）假說(shuō)2:能量量子化針對(duì)原子的穩(wěn)定性提出2021/5/94+m

rv能級(jí)：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)Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５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)（三個(gè)重要假設(shè)）假說(shuō)2:能量量子化能級(jí)圖軌道圖1232021/5/95基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷（電子克服庫(kù)侖引力做功增大電勢(shì)能，原子的能量增加）吸收光子（電子所受庫(kù)侖力做正功減小電勢(shì)能，原子的能量減少）輻射光子光子的發(fā)射和吸收2021/5/96+EmEn一、玻爾原子理論的基本假設(shè)（三個(gè)重要假設(shè)）假說(shuō)3:頻率條件（躍遷假說(shuō)）針對(duì)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Ｅn）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Ｅm，n>m）時(shí)，會(huì)放出能量為hv的光子（h是普朗克常量），這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能量差決定，即hv＝Ｅn-Ｅm稱為頻率條件，又稱輻射條件.v2021/5/97

原子在始、末兩個(gè)能級(jí)En和Em（En>Em

）間躍遷時(shí)發(fā)射光子的頻率可以由前后能級(jí)的能量差決定：+EmEn一、玻爾原子理論的基本假設(shè)（三個(gè)重要假設(shè)）假說(shuō)3:頻率條件（躍遷假說(shuō)）針對(duì)原子光譜是線狀譜提出v2021/5/98

玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫(kù)侖定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量．氫原子能級(jí)二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋2021/5/99氫原子的能級(jí)圖－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基態(tài)激發(fā)態(tài)賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開(kāi)系普豐德系二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋2021/5/910

氫原子能級(jí)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(wèn)題1：請(qǐng)用玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論解釋形成巴爾末系的原因，并計(jì)算當(dāng)n=4時(shí)，巴爾末系中這條譜線的波長(zhǎng)巴爾末公式：2021/5/911n=6n=5n=4n=1n=3n=2根據(jù)：E=hv，λ=c/v又Eδ=1.89eV=3.03×10-19J所以，λ

δ=hc/Eδ=6.63×10-34×3.0×10-8

/

3.03×10-19J=6.57×10-7(m)（巴爾末系）HδHγHβHα二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋2021/5/912HδHγHβHαn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴爾末系氫吸收光譜二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋2021/5/913解釋巴爾末公式解釋氫原子光譜不連續(xù)二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋2021/5/914

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(wèn)題，但是也有它的局限性．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(wèn)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(méi)有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉尅?021/5/915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(shuō)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(shí)史2021/5/916重點(diǎn)一：能熟練畫(huà)出氫原子能級(jí)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((vhEnEm學(xué)以致用重點(diǎn)二：掌握能級(jí)躍遷概念及譜線計(jì)算方法h10346.63Js10191.60JEnE1n2n2eV13.613.6n2((vhEnEm優(yōu)點(diǎn)：突出能級(jí)概念?？煽闯衫碚摴?。2021/5/917E1主量子數(shù)電離態(tài)n123485EE2-13.6E3E4E5能量(eV)第三激發(fā)態(tài)第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)基態(tài)-3.39-1.15-0.85-0.54若大量氫原子處于主量子數(shù)的激發(fā)態(tài),會(huì)輻射幾種頻率的光；在哪兩個(gè)能級(jí)之間躍遷？最短波長(zhǎng)光的頻率是多少？n5其中波長(zhǎng)最短的光是巴耳末系末態(tài)[例1]2021/5/918練習(xí)：對(duì)玻爾理論的下列說(shuō)法中，正確的是（）

A、繼承了盧瑟福的原子模型，但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)

B、對(duì)經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波”的觀點(diǎn)表示贊同

C、用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系

D、玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來(lái)的ACD學(xué)以致用2021/5/919四、原子能級(jí)躍遷問(wèn)題

1．躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子電勢(shì)能與原子能量的變化：當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能Ep減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減?。粗?，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大．2021/5/9202．使原子激發(fā)的兩種粒子一光子與實(shí)物粒子

(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余，而激發(fā)到n+1時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級(jí)的問(wèn)題．

(2)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(E=En-Ek)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷．2021/5/921

氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)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(gè)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(huì)有各種情況出現(xiàn)．

對(duì)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3.一群原子和一個(gè)原子的躍遷問(wèn)題2021/5/9224.躍遷與電離的問(wèn)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(gè)能級(jí)的能量差．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(guò)入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動(dòng)能越大．2021/5/923五、夫蘭克一赫茲實(shí)驗(yàn)①方法和原理：使加速的電子通過(guò)低壓汞蒸氣，與汞原子發(fā)生碰撞。測(cè)量電子損失的能量和汞原子獲得的能量。2021/5/924②實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，表現(xiàn)在接收極電流隨K—G間電壓的變化關(guān)系圖，會(huì)分析此圖，是做出結(jié)論的關(guān)鍵。夫蘭克—赫茲管的IA～UG2K曲線OIAacbdeU1U2U3U4U5U6