18.4 波尔的原子模型 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

第十八章 原子结构 18.4 波尔的原子模型 学习目标： 1、了解玻尔原子理论的主要内容； 2、了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。 重点难点： 1、玻尔原子理论的基本假设。 2、玻尔理论对氢光谱的解释。 制作者：河南省驻马店市高级中学 李阳 汤姆孙发现电子 汤姆孙的西瓜模型 α粒子散射实验 卢瑟福的核式结构模型 回顾科学家对原子结构的认识史 原子不可割 汤姆孙的西瓜模型 原子稳定性事实 氢光谱实验 否定 建立 否定 建立 否定 卢瑟福的核式结构模型 建立 出现矛盾 出现矛盾 ? 物理学界大事记 1、1900年德国物理学家普朗克为了解释黑体辐射实验，提出能量量子化概念，他认为物质中的原子和分子可看做某种吸收和放射电磁辐射的“振子”，这种"振子"的能量不是连续变化的，而只能取一些分立值。 2、1905年爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律，提出光量子假定，即可将电磁波看做是光子组成的。 3、1885年瑞士物理学家巴耳末对氢原子可见光区的四条谱线做了分析，说明了原子光谱波长的分立特性。 假说1：轨道量子化 一、波尔原子理论的基本假设 + 分 立 轨 道 针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。 且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射 假说2：能量量子化 针对原子的稳定性提出 + m r v 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 1 2 3 原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．波尔指出，原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的。 假说3：频率条件（跃迁假说） 针对原子光谱是线状谱提出 + n En Em 基 态 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） 吸收光子 （电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少） 辐射光子 原子在始、末两个能级Em和En间跃迁时发射光子（吸收光子）的频率可以由前后能级的能量差决定： 当Em>En时， 该公式又称之为频率条件，又称辐射条件。 二、玻尔理论对氢光谱的解释  玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量． 氢原子能级 氢原子的能级图 －－－－－－－－－－－－－－－－－ １ ２ ３ ４ ５ -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 eV n E/eV ∞ 基态 激发态 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇开系 普丰德系 巴耳末公式代表的是电子从量子数分别为n=3、4、5、……的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。 巴耳末公式推导与里德伯常数 通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的。 气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，会自发的向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。 由于不同原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射光子的频率各不相同，这就是不同元素原子的发射光谱是分立亮线及具有不同特征谱线的原因。 三、波尔理论对气体导电机理的解释 四、玻尔模型的局限性 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性． 在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念 同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律 除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难． 氦原子光谱 汤姆孙发现电子 汤姆孙的西瓜模型 α粒子散射实验 卢瑟福的核式结构模型 原子不可割 汤姆孙的西瓜模型 原子稳定性事实 氢光谱实验 否定 建立 否定 建立 否定 卢瑟福的核式结构模型 建立 出现矛盾 出现矛盾 ? 玻尔模型 复杂（氦）原子光谱 量子力学理论 玻尔模型 否定 建立 观察与实验所获得的事实 出现矛盾 建 立 科 学 模 型 提 出 科 学 假 说 怎样修改玻尔模型？ 思想：必须彻底放弃经典概念？ 关键：用电子云概念取代经典的轨道概念 电子在某处单位体积内出现的概率——电子云 练习1：对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ） A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的 2、根据玻尔的原子理论，原