18.4玻尔的原子模型 课件 -2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-5

18.4 玻尔的原子模型 卢瑟福原子的核式结构模型 核式结构模型 ɑ 粒子散射实验 如果将经典理论应用于原子核式结构模型,则...... 卢瑟福原子的核式结构模型与经典电磁理论相互矛盾 能 量 连 续 变 化 辐 射 频 率 连 续 原子 不稳定 原子 稳定 矛盾 矛盾 线状谱(事实) 连续谱 能量减少 电子轨道半径减小 (事实) 玻尔原子理论假设的基础 普朗克黑体辐射的量子论 爱因斯坦的光量子论 波尔原子结构假说 经典物理学无法解释原子的稳定性,也无法解释光谱的分立特性。 为了解决这个矛盾,1913年丹麦物理学家N.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 玻尔的原子模型 新原子理论必须满足的要求: (3)不同于经典理论。 (1)保留核式结构; (2)能解释原子的稳定性和原子的分立谱线; 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,这些现象叫做轨道量子化; 2.不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的; 3.原子在不同的状态之中具有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的。 1913年玻尔提出了自己的原子结构假设 玻尔 一、玻尔原子理论的基本假设 针对原子核式结构模型提出 玻尔认为,原子中电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动。但电子运行轨道的半径不是任意的,只有当半径大小符合一定条件时,这样轨道才是可能的。电子在轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射。 假说1:轨道量子化 (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,这些现象叫做轨道量子化; (2)不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的; + 分立轨道 针对原子的稳定性提出 当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态中,具有不同的能量,这些量子化的能量值叫做能级。 原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为定态。 能量最低的状态叫做基态,其他的状态叫做激发态。 原子处于基态是最稳定的。 假说2:能量量子化 原子在不同的状态之中具有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的。 这些量子化的能量值叫做能级。原子最低能级(离核最近)所对应的状态叫做基态,比基态能量高的状态叫激发态. 能级:量子化的能量值 定态:原子中具有确定能量的稳定状态 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 量子数 基态:能量最低的状态(离核最近) ——基态 激发态:其他的状态 激发态 能级图 轨道图 + n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 m r v 针对原子光谱是线状谱提出 假说3:频率条件(跃迁假说) E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 电子从能量较高的定态轨道Em跃迁到能量较低的定态轨道En(m>n)时,会放出能量为hν的光子,hν=Em-En ; 反之,电子从较低的能量态En跃迁到较高的能量态Em,吸收能量为hν的光子,光子的hν=Em-En 。 原子从基态向激发态跃迁,电子克服库仑引力做功增大电势能,原子的能量增加要吸收能量. 原子也可以从激发态向基态跃迁,电子所受库仑力做正功减小电势能,原子的能量减少要辐射出能量,这一能量以光子的形式放出. 电子从一种定态轨道(设能量为Em)跃迁到另一种定态(设能量为En)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即: -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 ∞ 0 激发态 量子数 基态 -13.6 1 2 3 4 5 E/ev n 氢原子能级图 (一般取电子离核处无穷远时系统电势能为零,其他状态下的势能值都是负值。) 低能级 高能级 跃迁 吸收光子 辐射光子 玻尔提出原子结构假说后,就想通过实验证明,寻寻觅觅,结果就找到了氢原子很符合他的模型。(其实核外最外层电子只有一个的类氢原子也符合)。 + En n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 ∞ 0 激发态 量子数 基态 -13.6 1 2 3 4 5 E/ev n 氢原子能级图 玻尔原子模型 二、玻尔理论对氢光谱的解释 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 ∞ 0 激发态 量子数 基态 -13.6 1 2 3 4 5 E/ev n + En n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 玻尔利用库仑力提供向心力,计算出了氢的电子可能的轨道半径和原子系统对应的总能量。(一般取电子离核处无穷远时系统电势能为零,其他状态下的势能值都是负值。) r1 = 0.053 nm (n = 1,2,3···) (n = 1,2,3···) 玻尔原子模型 氢原子能级图 n为正整数,r1是离核最近的轨道半径,r1=0.53×1