高中物理 18.4《玻爾的原子模型》課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 玻爾的原子模型 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(jí) 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(jiǎn)單解釋氫原子模型 4 了解玻爾模型的不足之處及其原因 本節(jié)是本章內(nèi)容的重點(diǎn)章節(jié) 也是難點(diǎn) 玻爾理論的內(nèi)容不易理解 介紹玻爾理論時(shí) 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(shuō)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(jiǎn)潔明了 學(xué)生容易接受 關(guān)于氫原子核外電子躍遷時(shí)的輻射 或吸收 光子問(wèn)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(lái)成功地解釋了氫光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 玻爾理論的一個(gè)重要假設(shè)就是原子能量量子化 弗蘭克 赫茲 實(shí)驗(yàn)證明了正確性 盡管玻爾模型后來(lái)被證明不完善 但仍是人們認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要里程碑 電子繞核運(yùn)動(dòng)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 原子是穩(wěn)定的 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)與經(jīng)典電磁理論的矛盾 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(dòng)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(shuō)與經(jīng)典電磁理論的矛盾 以上矛盾表明 從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來(lái)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(gè)矛盾 1913年丹麥的物理學(xué)家玻爾在盧瑟福學(xué)說(shuō)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 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 也就是說(shuō) 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(shuō)1 軌道量子化 針對(duì)原子的穩(wěn)定性提出 電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng) 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(shuō)2 能級(jí) 定態(tài) 假說(shuō) 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) 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) 量子數(shù) 軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng) 針對(duì)原子光譜是線狀譜提出 假說(shuō)3 頻率條件 躍遷假說(shuō) 原子在始 末兩個(gè)能級(jí)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(jí)的能量差決定 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 基態(tài) Em En rn n2r1 En E1 n2 r1 0 053nm n 1 2 3 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 二 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 這里的電勢(shì)能Ep 0 原因是規(guī)定了無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零 這樣越是里面軌道電勢(shì)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(dòng)能最大 電勢(shì)能最小 量子數(shù)越大 能量值越大 電子動(dòng)能越小 電勢(shì)能越大 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 原子能量減小 反之 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 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 成功解釋了氫光譜的所有譜線 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(lái)標(biāo)志氫原子的能級(jí) 它們之間是否有某種關(guān)系 巴爾末公式 n 6 n 5 n 4 n 1 n 3 n 2 從高能級(jí)向低能級(jí)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(jí)向高能級(jí)躍遷 1 吸收光子對(duì)于能量大于或等于13 6eV的光子 電離 對(duì)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(shí)物粒子能量只要實(shí)物粒子動(dòng)能足以使氫原子向高能級(jí)躍遷 就能被氫原子吸收全部或部分動(dòng)能而使氫原子向高能級(jí)躍遷 多余能量仍為實(shí)物粒子動(dòng)能 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?湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 湯姆孫的西瓜模型 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) 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型 玻爾模型 復(fù)雜 氦 原子光譜 量子力學(xué)理論 玻爾模型 原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)史 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 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(shuō)法中 正確的是 A 電子的動(dòng)能變大 電勢(shì)能變大 總能量變大B 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變小 總能量變小C 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變大 總能量不變D 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變大 總能量變大 D 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(zhǎng)為 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 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 AD 4 如圖所示為氫原子的能級(jí)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(zhǎng)不同的光D 氫原子最多能發(fā)射6種波長(zhǎng)不同的光 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 1 2 3的三種光子 且 1 2 3 則 A 被氫原子吸收的光子的能量為h 1B 被氫原子吸收的光子的能量為h 2C 1 2 3D 被氫原子吸收的光子的能量為h 1 h 2 h 3 AC 2200