第2章 第3节 玻尔的原子模型-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第3节　玻尔的原子模型 一、玻尔原子模型 [自学教材] 1．经典电磁理论的困境 (1)按照经典电磁理论，原子辐射电磁波的频率应不断变化，这样大量原子发光的频率应当是连续光谱，而实际上原子光谱是不连续的。 (2)按照经典电磁理论，电子辐射电磁波，能量不断减少，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，电子应沿螺旋线轨道落入原子核，而实际上原子是稳定的。 2．玻尔原子理论 (1)理论基础：玻尔接受了普朗克和爱因斯坦的量子化思想，并将原子结构和光谱联系起来，于1913年提出了量子化的原子模型。 (2)理论内容： ①原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫作定态。电子只能处在一些分立的轨道上，绕核转动而不产生电磁辐射。 ②原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收(或辐射)一定频率的光子能量hν，例如，原子从定态E2跃迁到定态E1，辐射的光子能量为hν＝E2－E1。 ③原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。原子的能量状态是不连续的，电子不能在任意半径的轨道上运行。轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足mevr＝n(n＝1，2，3，…)的轨道才是可能的。n是正整数，称为量子数。 [重点诠释] 1．对玻尔原子理论的理解 (1)围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化。 (2)不同的轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的。 (3)原子在不同的状态中具有不同的能量，氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和。当取无限远处电势能为零时，各定态的电势能均为负值，且其大小总大于同一定态的电子的动能，所以各定态的能量均为负值。 2．卢瑟福原子模型与玻尔原子模型的异同 卢瑟福原子模型 玻尔原子模型 相同点 ①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上； ②带负电的电子在核外运转 不同点 库仑力提供向心力，半径r的取值是连续的 轨道半径r和原子能量都是分立的、量子化的、不连续的 [典题强化] 1．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是 A．原子可以处于连续的能量状态中 B．原子的能量状态是不连续的 C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量 D．原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的 解析　根据玻尔原子理论：电子轨道和原子能量都是量子化的，不连续的，处于定态的原子并不向外辐射能量，可判定B是正确的。 答案　B 二、氢原子的能级结构 [自学教材] 1．能级 在玻尔的原子理论中，原子只能处于一系列不连续的能量状态。在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值叫作能级。 2．氢原子能级结构图 根据玻尔理论，氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为 En＝(n＝1，2，3，…) rn＝n2r1(n＝1，2，3，…) 式中，E1≈－13.6_eV，r1＝0.53×10－10m。 根据以上结果，把氢原子所有可能的能量值画在一张图上，就得到了氢原子的能级结构图(图2－3－1)。 图2－3－1 3．玻尔理论对氢原子光谱特征的解释 (1)在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态叫作基态。 (2)电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫作激发态。 (3)当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量。因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差。能量差值不同，发射的光频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光。 [重点诠释] 1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态，氢原子可以有无穷多个能级值。 (2)横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数。“1”表示原子处于基态，“2”“3”…表示原子处于不同的激发态。[来源:学科网] (3)横线右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子各个状态的能量值。 (4)n＝1对应于基态，n＝∞对应于原子的电离，从能级图可以看出，n越大，能级线越密，表现为上密下疏。这表明量子数n越大，相邻的能量差越小。 2．原子在不同能级间跃迁的特点 根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量。原子在始、末两个能级Em和En(m＞n)间跃迁时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差(hν＝Em－En)，由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，因此产生的光谱是分立的线状光谱。 如图2－3－2所示，带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级的跃迁。 当一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出