13.3 波尔的原子模型 课件-2023-2024学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第三册

第十三章 原子结构 第三节 波尔的原子模型 选修系列 金山世外普高综合大组 Kimmy 2023年8月23日 卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子核并且提出了原子核式结构模型 前文回顾 e - 经典电磁理论证明，一切具有加速度的电荷都会向外辐射电磁波。 曲线运动 必有加速度 辐射电磁波 能量减少 hν hν hν hν （hν） 按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事实上原子是个稳定的系统。这就是核式结构模型所遇到的困难。 除此之外，化学中的焰色反应和之前遗留的光谱问题也无法用核式结构模型解释。 不同物质的焰色反应 稀薄气体的光谱 棱镜和光栅可以将复色光分解为一系列单色光，并且按波长（频率）的变化次序排列成一条光带，称为光谱。 物体自身发光所形成的光谱称为发射光谱。 由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续光谱。 炽热的固体、液体及高压气体发射的光谱是连续光谱（如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱）。 稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是由一系列不连续的亮线组成的，这种光谱叫做明线光谱，光谱中的亮线称为谱线。明线光谱是游离态（高能态）的原子发射的。 光谱分析不仅可以判定物质中原子的构成，还可以测定物质中各元素的含量。光谱分析极为灵敏，它的精确程度远高于化学分析的方法。 5 高温物体发出的白光（连续光谱），通过温度较低的物质蒸汽时，某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱叫做吸收光谱（暗线光谱）。 6 氢原子的明线光谱和吸收光谱 钠原子的明线光谱和吸收光谱 各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。实验表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。两者是原子的特征谱线。光谱是原子的身份证。 7 请思考：太阳光是什么类型的光谱？ 连续光谱 线状光谱 明线光谱 暗线光谱 发射光谱 吸收光谱 明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析，只取决于原子的内部结构，与温度、压强等外界条件无关。 外层温度相对较低 内层温度相对较高 √ √ √ 8 在真空管中充入稀薄的氢气，将真空管两极接到 2 ~ 3kV 的直流高压电源上，在电场的激发下，氢原子会发光。氢原子明线光谱的可见光波段内有四条谱线，它们的波长分别是 0.6563 μm、0.4861 μm、0.4340 μm 和 0.4101 μm。 700 600 500 400 λ/nm 可见光波段 紫外光波段 瑞士 巴尔末 1825-1898 巴尔末和其他科学家发现氢原子光谱满足以下经验公式 式中的 R 叫做里德伯常量，其实验测量值为 1.096776×107 m−1。 玻尔正沉浸在关于核式结构模型与经典理论之间矛盾的思考之中，巴尔末公式给了他新的思路，于是新的原子结构模型假设诞生了！ 玻尔在卢瑟福原子核式结构模型的基础上引入了量子化概念，提出了自己的原子结构模型假设，为解释氢原子光谱提供了理论基础。这个理论就叫做玻尔理论。 玻尔理论的主要内容有以下三个方面： （1）原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子绕原子核旋转，但并不向外辐射电磁波，这些状态叫做定态。 （2）原子的能量状态与电子绕核运动的轨道对应。由于原子的能量状态是不连续的，电子不能在任意轨道上绕核运动。 （3）原子处在定态时的能量用 En 表示。当原子中的电子从量子数为 n 的轨道跃迁到量子数为 m 的轨道时（m、n 均为正整数），才发射或吸收一定频率的电磁波，电磁波的能量为 hν = | En − Em | 式中，h 为普朗克常量，h = 6.64×10−34 J·s，ν 为电磁波的频率。 丹麦 玻尔 1885-1962 氢原子在每个固定轨道上的能量，叫做氢原子的能级，能级有高有低，而且各能级的能量是不连续的，体现了“量子化”的思想。 重力势能连续变化的斜面 重力势能不连续变化的阶梯 “量子”不是特指某一个具体的粒子，而是一种不联系，分立的思想 基态 激发态 E4 1 2 3 4 E1 E3 E2 E∞ n 轨道与能级相对应 原子能级图 ∞ 电子轨道图 + n=1 n=2 n=3 v - n=4 v - v - v - n=∞ 根据玻尔理论，氢原子基态能量为E1 = −13.6 eV。 其他轨道上的能量为 氢原子的能级图 1 −13.6 −1.51 −0.85 −0.54 0 −3.40 2 3 4 5 n E /eV ∞ 玻尔解释了巴尔末系各条谱线的波长分布，提出了电子轨道跃迁假说。 低能级 （En） 高能级 （Em） 吸收光子 电子能量增加 辐射出光子 电子能量降低 跃 迁 满足以下公式：