人教版高中物理选修3 5课件:184波尔的原子模型.ppt
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- 人教版高中物理选修3 5课件:184波尔的原子模型 人教版 高中物理 选修 课件 184 波尔 原子 模型
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1、18.4波尔的原子模型波尔的原子模型核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化原子是稳定的原子是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱 分立分立 以上矛盾表明,从宏观现象总结出来的经以上矛盾表明,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,微观现象。为了解决这个矛盾,1913年丹麦的年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上,把普朗物理学家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
2、,提出了玻尔克的量子理论运用到原子系统上,提出了玻尔理论。理论。一、波尔原子理论的基本假设一、波尔原子理论的基本假设1、轨道量子化与定态、轨道量子化与定态原子核电子的轨道是量化的。玻尔认为,原子中的电子在库仓引力的作用下,绕原子核做圆周运动,服从经典力学的规律。但不同的是,电子运行轨道的半径不是任意的,只有当半径的大小符合一定条件时,这样的轨道才是可能的。也就是说,电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射。人们常把原子核和它周围的电子比做太阳系或者地球和人造卫星。以地球和人造卫星为例,假如我们发射了一颗卫星、使它在一定的圆轨道上运行。如果需要,可以使这颗卫星的能
3、量稍大一些,在更大一些的轨道上运行。只要技术条件能够达到,轨道半径可以按照需要任意取值。行行星星轨轨道道半半径径是是连连续续的的 行星运动的轨道半径是连续的行星运动的轨道半径是连续的不同于电子的轨道是分立的。不同于电子的轨道是分立的。但是,并非把这个图景缩小就可以看做原子核和它周围电子的运动。在玻尔的理论中,电子的轨道半径只可能是某些分立的数值。例如,氢原子中电子轨道的最小半径是0.053nm,不可能再小了:电子还可能在半径是0.212nm,0.477nm的轨道上运行,但是轨道半径不可能是介于这些数值中间的某个值!rn n2r1(n 1,2,3 )r1 0.053nmr2 0.212nmn叫量
4、子数叫量子数 n=1表示电子轨道表示电子轨道1定态:原子中具有确定能量的稳定状态。定态:原子中具有确定能量的稳定状态。基态:能量最低的状态基态:能量最低的状态(离核最近离核最近)激发态:其他的能量状态激发态:其他的能量状态 当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态。玻尔指出,原子在不同的状态中具有不同的能量,因此、原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级能级。123基态(第一能级)基态(第一能级)激激发发态态量量子子数数E412345E1E3E2E5EneVE6.131 (n=1,2,3)2、频率条件、频率条件 解释原子分立谱线 当电子从能量较高的定态轨道(设能量为Em)跃迁跃迁
5、到能量较低的定态轨道(设能量为En)时,会放出能量为hv的光子.E412345E1E3E2E5EnmnhEE (mn)反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态,吸收的光子的能量同样由频率条件决定。分立轨道分立轨道1 2 3 44 3 2 1 E4E3E2E1定态定态跃迁跃迁4 3 2 1 E4E3E2E1二、波尔理论对氢光谱的解释二、波尔理论对氢光谱的解释-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE氢原子的能级图n:电子脱离核束缚nmr053.01 12rnrneVE6.131 21nEEn 0 E 巴尔末公式中有正整数巴尔末公式中有正整数n n出现,这里我们也
6、用出现,这里我们也用正整数正整数n n来标识氢原子的能级,它们之间是否有某种来标识氢原子的能级,它们之间是否有某种联系?联系?22111()3,4,5,.2Rnn 玻尔的频率条件告诉我们,原子从较高的能级跃迁到较低的能级时,例如从E3跃迁到E2时,辐射的光子的能量为hv=E3-E2。按照玻尔理论,巴耳末公式中的正整数n和2,正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。按照这个思路可以根据玻尔理论推导出巴耳末公式,井从理论上算出里德伯常量R的值。这样得到的结果与实验值符合得很好。同样,玻尔理论也能很好地解释甚作预言氢原子的其他谱线系。因此,巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分別为
7、n3,4,5,的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谐线。激激发发态态跃跃 迁迁高速运动的电子的撞击 (吸收光子)放出光子(发光)基基态态 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,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子,最终回到基态。这就是气体导电时发光的机理。由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因所以我们可以看到多彩的霓虹灯。三、波尔模型的局限性三、波尔模型的局限性把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。将
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