33量子论视野下的原子模型解析课件.pptx
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- 33 量子论 视野 原子 模型 解析 课件
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1、3.3 3.3 量子论视野下的原子模型量子论视野下的原子模型一、玻尔提出原子模型的背景:一、玻尔提出原子模型的背景: 卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a a粒子的散射实粒子的散射实验,初步建立了原子结构的正确图景,但跟经典的电磁理论验,初步建立了原子结构的正确图景,但跟经典的电磁理论发生了矛盾。发生了矛盾。 按照经典理论按照经典理论, ,电子在围绕原子核高速运转时,必然要向外辐射电磁波,电子在围绕原子核高速运转时,必然要向外辐射电磁波,因此辐射能量后的电子,将随着能量的减少,电子绕核运行的轨道半径也要因此辐射能量后的电子,将随着能量的减少,电子绕核运行的
2、轨道半径也要减小减小, ,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,这样,原子也将于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,这样,原子也将“塌方塌方”,不再成为原子了。但事实上,原子的结构相当稳定。不再成为原子了。但事实上,原子的结构相当稳定。矛盾(矛盾(1 1):原子的结构的稳定性:):原子的结构的稳定性: 同时,按照经典电磁理论,电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于同时,按照经典电磁理论,电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频率,随着运行轨道半径的不断变化,电子绕核运行的频率电子绕核运行的频率,随着运行轨道半径的不断变化,电子绕核运行的频率要不断变化,因此原子辐射电磁波的频率也要
3、不断变化。这样,大量原子发要不断变化,因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样,大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。矛盾(矛盾(2 2):原子光谱的不连续性续性):原子光谱的不连续性续性 以上矛盾表明,从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适以上矛盾表明,从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾,用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾,19131913年玻尔在卢瑟福学说的基础上,把普郎克的量子理论运用年玻尔在卢瑟福学说的基础上,把普郎克的量子理论运用到原子系统上,提出了玻尔理论。到原子
4、系统上,提出了玻尔理论。二、玻尔理论的主要内容:二、玻尔理论的主要内容:1 1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原、原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。这些状子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。这些状态叫态叫定态定态。2 2、原子从一种定态(设能量为、原子从一种定态(设能量为E E初)初)跃迁跃迁到另一种定态(设能到另一种定态(设能量为量为E E终)时,它辐射(或吸收)终)时,它辐射(或吸收) 一定频率的光子,光子的能一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即量由这两种定态的能量差决定
5、,即3 3、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也轨道的分布也是不连续的。是不连续的。hEE初末玻尔玻尔(18851962)4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1轨道假设轨道假设4 3 2 1hv=E初初 E未未21nEEn=rn=n2r1 三、玻尔计算出氢的电子的计算公式:三、玻尔计算出氢的电子的计算公式:rn=n2 r1轨道半径:轨道半径:(n=1,2,3)能能 量:量: (
6、n=1,2,3) 式中式中r r1 1 ( r ( r1 1 =0.53 =0.5310101010m )m )、E E1 1 ( E ( E1 1= =13.6eV)13.6eV)、分别、分别代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量,道上运动时的能量,r rn n、E En n 分别代表第分别代表第n n条可能轨道的半径和条可能轨道的半径和电子在第电子在第n n条轨道上运动时的能量,条轨道上运动时的能量,n n是正整数,叫量子数。是正整数,叫量子数。121nEEn四、氢原子的能级图:四、氢原子的能级图:-13
7、.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE 关于光谱线条数的说明关于光谱线条数的说明 1 1)一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数)一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数2(1)2nn nNC 2 2)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(1)Nn2 2、原子发光现象:原子从较高的激发态向较低的激发态或基态、原子发光现象:原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程,是辐射能量的过程,这个能量以光子的形式辐射跃迁的过程,是辐射能量的过程,这个能量以光子的形式辐射出去,这就是出去,这就是原子发光现象原子发光现象。1 1)能级:氢原子的各个定
8、态的能量值,叫它的能级)能级:氢原子的各个定态的能量值,叫它的能级3 3)激发态:除基态以外的能量较高的其他能级,叫做激发态)激发态:除基态以外的能量较高的其他能级,叫做激发态2 2)基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这)基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这 时电子在离时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态叫基态核最近的轨道上运动,这种定态叫基态五、原子发光机理:五、原子发光机理:1 1、几个概念:、几个概念:玻尔理论玻尔理论的解释并预言了氢原子辐射的电磁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在解决核外电子的运动时
9、成功引入了功引入了的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、粒子、轨道轨道”等经典概念和等经典概念和有关牛顿力学规律有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外,在除了氢原子光谱外,在解决其他问题上遇到了很大解决其他问题上遇到了很大的的氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的引进量子化条件的引进没没有适当的理论解释。有适当的理论解释。阅读课本阅读课本5858页页电子云电子云例题例题1.1.下面关于玻尔理论的解释中,不正确的说法是下面关于玻尔理论的解释中,不正确的说法是【 】A、原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一、原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量定的能量B、原子中,虽然核
10、外电子不断做加速运动,但只要能量状态、原子中,虽然核外电子不断做加速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量不改变,就不会向外辐射能量C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射一定频、原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射一定频率的光子率的光子D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的道是不连续的C定态定态例题例题2 2、按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为、按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为r ra a的圆的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为轨道自发地直接跃迁到一半径为r rb b的圆轨道
11、上,已知的圆轨道上,已知r ra a r rb b ,则在此过程中则在此过程中 【 】 A A、原子要发出一系列频率的光子、原子要发出一系列频率的光子 B B、原子要吸收一系列频率的光子、原子要吸收一系列频率的光子 C C、原子要发出某一频率的光子、原子要发出某一频率的光子 D D、原子要吸收某一频率的光子、原子要吸收某一频率的光子C原子放出能量原子放出能量高能级高能级低能级低能级发光发光原子吸收能量原子吸收能量低能级低能级高能级高能级加热或光照加热或光照原子的发光机制:原子的发光机制:例题例题3 3、按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到、按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的
12、轨道跃迁到半径较大的轨道上,有关能量变化的说法中,正确的是半径较大的轨道上,有关能量变化的说法中,正确的是【 】A A、电子的动能变大,电势能变大,总能量变大、电子的动能变大,电势能变大,总能量变大B B、电子的动能变小,电势能变小,总能量变小、电子的动能变小,电势能变小,总能量变小C C、电子的动能变小,电势能变大,总能量不变、电子的动能变小,电势能变大,总能量不变D D、电子的动能变小,电势能变大,总能量变大、电子的动能变小,电势能变大,总能量变大研研究究对对象象:电电子子运运动动模模型型:圆圆周周运运动动222evkmrr 22122keEmvkr电电子子动动能能: +_练习练习1 1、
13、根据玻尔理论,氢原子中,量子数、根据玻尔理论,氢原子中,量子数N N越大,则下列说法中正越大,则下列说法中正确的是确的是 【 】A.A.电子轨道半径越大电子轨道半径越大 B.B.核外电子的速率越大核外电子的速率越大C.C.氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大 D.D.核外电子的电势能越大核外电子的电势能越大ACD例题例题4 4、如图给出了氢原子的最低的四个能级、如图给出了氢原子的最低的四个能级, ,氢原子在这些能级之氢原子在这些能级之间跃迁间跃迁, ,所辐射的光子的频率最多几种所辐射的光子的频率最多几种? ?其中最小频率是多少其中最小频率是多少? ?最小最小波长又是多少波长又是多少? ?1
14、 12 23 34 4-13.6eV-13.6eV- 3.4eV- 3.4eV-1.51eV-1.51eV-0.85eV-0.85eV(1)6(1)6种种(2)(2)最小频率对应能级差最小最小频率对应能级差最小(3)(3)最小波长对应最大能量差:最小波长对应最大能量差:EEh初终=9.75=9.751010-8-8m mmin431.6hvEEJ-19-=(1.51-0.85)1014min1.610vHzmax41minChvhEE-目的:能根据能级图画出辐射光子的多种可能,并能根据能级差判目的:能根据能级图画出辐射光子的多种可能,并能根据能级差判断出光子波长的大小。断出光子波长的大小。线越
15、长,光子能量越大!线越长,光子能量越大!例题例题5 5、处于基态的氢原子在某单色光的照射下、处于基态的氢原子在某单色光的照射下, ,只能发出频率为只能发出频率为 的三种频率的光,且的三种频率的光,且 ,则该照射则该照射光的光子的能量为光的光子的能量为 【 】C123vvv、 、123vvv1.A hv1 12 23 34 41v2v3v3.C hv2.B hv123. ()Dh vvv312hvhvhv1.1.光子照射氢原子,原子吸收光子,电子由轨道光子照射氢原子,原子吸收光子,电子由轨道1 1跃迁到轨道跃迁到轨道3 3上,上,原子由轨道原子由轨道1 1上的基态变成了轨道上的基态变成了轨道3
16、3上的激发态上的激发态氢原子发光的过程:氢原子发光的过程:2.2.原子在激发态上不稳定,所以要向低能态跃迁原子在激发态上不稳定,所以要向低能态跃迁-辐射光子,光辐射光子,光子的能量满足子的能量满足mnhEEA A3 3种种 B B4 4种种 C C5 5种种 D D6 6种种练习练习2 2、如图所示为氢原子的能级图,用大量能量为、如图所示为氢原子的能级图,用大量能量为12.75eV12.75eV的光子的光子照射一群处于基态的氢原子,氢原子发射出不同波长的光波,其中照射一群处于基态的氢原子,氢原子发射出不同波长的光波,其中最多包含有几种不同波长的光波最多包含有几种不同波长的光波 【 】 D D原
17、子吸收光子后,能级:原子吸收光子后,能级:E En n= -13.6eV+12.75eV= -13.6eV+12.75eV = -0.85eV = -0.85eV = = E E4 4原子吸收光子后,跃迁到原子吸收光子后,跃迁到n n= 4= 4的的激发态上。激发态上。4 41 12 23 35 5-13.6eV-13.6eV-3.4eV-3.4eV-1.51eV-1.51eV-0.85eV-0.85eV-0.54eV-0.54eV0 0注意原子的发光过程!注意原子的发光过程!2(1)2nn nNCA13.6eV B12.09eV C10.2eV D3.4eV 练习练习3 3、如图所示为氢原子
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