人教版高中物理选修3-5课件：18.4 玻尔的原子模型.ppt

1、 1知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 2了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。 3能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。 4了解玻尔模型的不足之处及其原因。了解玻尔模型的不足之处及其原因。 本节是本章内容的重点章节本节是本章内容的重点章节，也是难点也是难点。玻尔理论的内容不玻尔理论的内容不 易理解易理解，介绍玻尔理论时介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理 论之间的矛盾论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构

2、说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出直接提出 玻尔理论的内容玻尔理论的内容，简洁明了简洁明了，学生容易接受学生容易接受。关于氢原子核外电关于氢原子核外电 子跃迁时的辐射子跃迁时的辐射（或吸收或吸收）光子问题光子问题，可根据不同层次学生选定可根据不同层次学生选定 难度难度。玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性，学生了解即可学生了解即可。 本节在介绍玻尔原子理论的内容之后本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了用它来成功地解释了 氢光谱的实验规律氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子 化化，“弗兰克弗兰克-赫兹赫兹”实验证明了正

3、确性实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明尽管玻尔模型后来被证明 不完善不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。 电子绕核运动将不断向外电子绕核运动将不断向外 辐射电磁波，电子损失了辐射电磁波，电子损失了 能量，其轨道能量，其轨道半径不断缩半径不断缩 小，小，最终落在原子核上最终落在原子核上, , 而使原子变得而使原子变得不稳定不稳定 e + e 经经 典典 理理 论论 认认 为为 事事 实实 + v F re e 原子是稳定的原子是稳定的 经经 典典 理理 论论 认认 为为 事事 实实 由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率由于电子轨道的

4、变化是连续的，辐射电磁波的频率 等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是 连续光谱连续光谱 原子光谱是不连续原子光谱是不连续 的，是的，是线状谱线状谱 以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理以上矛盾表明，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，决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说年丹麦的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，提的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提 出了玻尔理论。出

5、了玻尔理论。 针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子围绕原子核运动的电子 轨道半径只能是某些轨道半径只能是某些分立分立的的 数值数值。且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上 绕核的转动是绕核的转动是稳定的稳定的，不不 产生电磁辐射产生电磁辐射，也就是说也就是说， 电子的轨道是量子化的电子的轨道是量子化的。 假说假说1：轨道量子化：轨道量子化 分立轨道分立轨道 针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，电子在不同的轨道上运动， 原子处于不同的状态。玻尔指原子处于不同的状态。玻尔指 出，原子在不同的状态中具有出，原子在不同的状态中具有 不同的能

6、量，所以原子的能量不同的能量，所以原子的能量 也是量子化的。在这些状态中也是量子化的。在这些状态中 原子是稳定的。原子是稳定的。 假说假说2：能级：能级(定态定态)假说假说 能级：能级：量子化的能量值。量子化的能量值。 定态：定态：原子中具有确定能量的稳定状态。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) 基态基态 激发态：其他的状态激发态：其他的状态 激激 发发 态态 量量 子子 数数 1 2 3 轨轨 道道 与与 能能 级级 相相 对对 应应 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E n 针对原子光谱是针对原子光谱是 线状谱提出线

7、状谱提出 假说假说3：频率条件：频率条件(跃迁假说跃迁假说) E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E n 原子在始原子在始、末两个能末两个能 级级 Em 和和 En ( EmEn ) 间间 跃迁时跃迁时，发射发射 (或吸收或吸收) 光子的频率可以由前后光子的频率可以由前后 能级的能量差决定：能级的能量差决定： mn hEE 激激 发发 态态 跃跃 迁迁 电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加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 辐射光子辐射光子 基基 态态 m

8、n hEE ( Em En ) rn = n2r1 En = E1/n2 r1 = 0.053 nm （n = 1，2，3， ） 玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定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律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量 2. 这里的电势能这里的电势能 Ep0，原因是规定了，原因是规定了无限远处的电势能为零无限远处的电势能为零。 这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。 3. 量子数量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小；定态，能量值最小，电子动

9、能最大，电势能最小； 量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。 4. 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道：当轨道 半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，减小， 电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时， 原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。 1 2 3 4 5 0 n E/eV 赖曼系（紫外线）赖曼系（紫外线） 巴耳

10、末系（可见光）巴耳末系（可见光） 帕邢系（红外线）帕邢系（红外线） 布喇开系布喇开系 逢德系逢德系 N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 成功解释了氢光谱成功解释了氢光谱 的所有谱线的所有谱线 + + 巴巴 耳耳 末末 系系 - -13.6 eV - -3.40 eV - -1.51 eV - -0.85 eV - -0.54 eV 0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n= 巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数 n 来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？ 22 111 ()

11、3 4, 5, 2 Rn n ， 巴尔末公式：巴尔末公式： 1 mR 7 7 =1.10 10=1.10 10 n=6 n=5 n=4 n=1 n=3 n=2 1 mR 7 7 =1.10 10=1.10 10 H H H H H 22 111 () 2 3 4, 5, R n n ， 1. 从从高高能级向能级向低低能级能级跃迁跃迁 发射光子：发射光子：以以光子形式光子形式辐射出去辐射出去（原子发光现象（原子发光现象）。）。 2. 从从低低能级向能级向高高能级跃迁能级跃迁 (1) 吸收光子吸收光子 对于能量大于或等于对于能量大于或等于13.6eV的光子的光子(电离电离)；对于能量小于对于能量小

12、于 13.6eV的光子的光子(要么全被吸收，要么不吸收要么全被吸收，要么不吸收)。 (2) 吸收实物粒子能量吸收实物粒子能量 只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢 原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余 能量仍为实物粒子动能。能量仍为实物粒子动能。 玻尔理论玻尔理论成功成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题， 但是也有它的但是也有它的局限性局限性 在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时 成功引入了成功引入了量子化量子化的

13、观念的观念 同时又应用了同时又应用了“粒子、轨粒子、轨 道道”等等经典概念经典概念和有关和有关牛牛 顿力学顿力学规律规律 除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其 他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的困难困难 氦原子光谱氦原子光谱 量子化条件的引进没量子化条件的引进没 有适当的理论解释有适当的理论解释 汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子 汤姆孙的西汤姆孙的西 瓜模型瓜模型 粒子散射实验粒子散射实验 卢瑟福的核卢瑟福的核 式结构模型式结构模型 原子不可割原子不可割 汤姆孙的西汤姆孙的西 瓜模型瓜模型 原子稳定性事实原子稳定性事实 氢光谱实验氢光谱实验 卢瑟福的核卢瑟福的核 式结构模型式

14、结构模型 出现矛盾出现矛盾 ? ? 玻尔模型玻尔模型 复杂（氦）原子复杂（氦）原子 光谱光谱 量子力学量子力学 理论理论 玻尔模型玻尔模型 出现矛盾出现矛盾 否否 定定 建建 立立 否否 定定 建建 立立 出现矛盾出现矛盾 否否 定定 建建 立立 否否 定定 建建 立立 怎样修改玻尔模型？怎样修改玻尔模型？ 思想：必须彻底放弃经典概念思想：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在某处单位体积内出现的概率 电子云电子云 建建 立立 科科 学学 模模 型型 提提 出出 科科 学学 假假 说说 观观 察察 与

15、与 实实 验验 所所 获获 得得 的的 事事 实实 1. 按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃 迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确 的是的是 ( ) 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. 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. 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. 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

16、大 D 2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E 的轨道跃迁的轨道跃迁 到能量为到能量为 E 的轨道，的轨道，辐射出波长为辐射出波长为 的光，以的光，以 h 表示普表示普 朗克常量，朗克常量，c 表示真空中的光速，则表示真空中的光速，则 E 等于等于 ( ) A. B. C. D. C Eh c Eh c c Eh c Eh 3. 欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施 是是 ( ) A. 用用 10.2 eV 的光子照射的光子照射 B. 用用 11 eV 的光子照射的光子照射 C. 用用 14 eV 的光子照

17、射的光子照射 D. 用用 11 eV 的电子碰撞的电子碰撞 ACD AD 4. 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75 eV 的的 光子去照射大量处于基态的氢原子，则光子去照射大量处于基态的氢原子，则 ( ) A. 氢原子能从基态跃迁到氢原子能从基态跃迁到 n = 4 的激发态上去的激发态上去 B. 有的氢原子能从基态跃迁到有的氢原子能从基态跃迁到 n = 3 的激发态上去的激发态上去 C. 氢原子最多能发射氢原子最多能发射 3 种波长不同的光种波长不同的光 D. 氢原子最多能发射氢原子最多能发射 6 种波长不同的光种波长不同的光 5. 一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后， 只能发出频率为只能发出频率为 1、2、 3 的三种光子，且的三种光子，且 1 2 3 ，则，则 ( ) A. 被氢原子吸收的光子的能量为被氢原子吸收的光子的能量为 h1 B. 被氢原子吸收的光子的能量为被氢原子吸收的光子的能量为 h2 C. 1 = 2+ 3 D. 被氢原子吸收的光子的能量为被氢原子吸收的光子的能量为 h1+ h2+ h3 AC 2200