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第十八章：原子结构第十八章：原子结构 第第 4 4 节节：玻：玻尔尔的原子模型的原子模型 重重庆庆市市进进盛盛实验实验中学校中学校 罗罗 强强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否否 定定否否否否 定定定定建建建建 立立立立出现矛盾出现矛盾出现矛盾出现矛盾建建 立立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,而而使原子变得使原子变得不稳定不稳定经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事 实实实实+原子是稳定的原子是稳定的经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事 实实实实由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于由于电子轨道的变化是连续的，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结构模型出现矛盾出现矛盾出现矛盾出现矛盾?否否 定定建建 立立否否否否 定定定定建建建建 立立立立出现矛盾出现矛盾出现矛盾出现矛盾否否 定定建建 立立以上矛盾表明，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。原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，为了解决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢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，提出了玻尔理论。上，提出了玻尔理论。玻尔玻尔玻尔玻尔（1885196218851962）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。针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出 围围绕绕原原子子核核运运动动的的电电子子轨轨道道半半径径只只能能是是某某些些分分立立的的数数值值。也也就就是是说说，电电子子的轨道是量子化的的轨道是量子化的。假设假设1：轨道量子化假设：轨道量子化假设分立轨道分立轨道分立轨道分立轨道rn=n2r1如氢原子中电子的最小轨道半径如氢原子中电子的最小轨道半径r1=0.053 nm，r2=0.212 nm，r3=0.477 nm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，电子在这些轨道上绕核的转动是电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的稳定的，不产生电磁辐射，不产生电磁辐射，原子处于不同的状态。玻尔指出，原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，所以原子的能量也是量子化子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。的。在这些状态中原子是稳定的。假设假设2：能级：能级(定态定态)假设假设 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轨轨道道与与能能级级相相对对应应能量量子化假设能量量子化假设1231E13E32E2E445E5En针对原子光谱是针对原子光谱是线状谱提出线状谱提出假设假设3：频率条件：频率条件(跃迁假设跃迁假设)E412345E1E3E2E5En 原原子子在在始始、末末两两个个能能级级 Em 和和 En(EmEn)间间跃跃迁迁时时，发发射射(或或吸吸收收)光光子子的的频频率率可可以以由由前前后后能级的能量差决定：能级的能量差决定：hm-n m为高能级，为高能级，n为低能级为低能级氢原子能级图氢原子能级图自学二自学二 讨论：3.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。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，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。2.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。En=E1/n21.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 hm-n(要么全被吸收，要么不吸收要么全被吸收，要么不吸收)；（吸收能量（吸收能量)电离电离：h0-n（-n为电离能）为电离能）。自学三自学三 讨论：2、从从高高能级向能级向低低能级跃迁能级跃迁 发射光子：发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。以光子形式辐射出去（原子发光现象）。hm-n（放出能量（放出能量)思考：思考：大量氢原子处在大量氢原子处在n=3的能级，会的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？迁时发出的？nE/eV123450 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辐射光子辐射光子基基态态(Em En)1 1、解释原子的稳定性、解释原子的稳定性2 2、解释氢原子光谱的不连续性、解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后 ，由于原子从较高能级向低能级是，由于原子从较高能级向低能级是 的，所以放出的的，所以放出的光子的能量也是光子的能量也是 的，因此原子的发射光谱只有一的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线些分立的亮线不连续不连续不连续不连续不连续不连续不连续不连续能级差能级差能级差能级差3、解释巴耳末公式、解释巴耳末公式成功解释了氢光谱的所有谱线成功解释了氢光谱的所有谱线 玻尔理论玻尔理论成功成功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结构模型出现矛盾出现矛盾出现矛盾出现矛盾?玻尔模型玻尔模型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出现矛盾出现矛盾否否 定定建建 立立否否否否 定定定定建建建建 立立立立出现矛盾出现矛盾出现矛盾出现矛盾否否 定定建建 立立否否否否 定定定定建建建建 立立立立怎样修改玻尔模型？怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典思想：必须彻底放弃经典思想：必须彻底放弃经典思想：必须彻底放弃经典概念概念概念概念关键：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 电子云电子云建建建建 立立立立 科科科科 学学学学模模模模型型型型提提提提出出出出科科科科学学学学假假假假说说说说观观观观察察察察与与与与实实实实验验验验所所所所获获获获得得得得的的的的事事事事实实实实题型一：跃迁问题题型一：跃迁问题若大量氢原子处于主量子数若大量氢原子处于主量子数n=4的激发态的激发态,会辐射几种频率会辐射几种频率的光？的光？学以致用学以致用学以致用学以致用nE/eV123450 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 对于量子数为n的一群氢原子，向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为题型二：跃迁的能量吸收题型二：跃迁的能量吸收 已知基态氢原子能量已知基态氢原子能量E1=-13.6eV，欲使处于基态的，欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（氢原子激发，下列措施可行的是（）A.用用10.2eV的光子照射的光子照射 B.用用11eV的光子照射的光子照射C.用用14eV的光子照射的光子照射 D.用用11eV的电子碰撞的电子碰撞学以致用学以致用学以致用学以致用ACDACDACDACD【小结】【小结】本节课主要学习了波尔的原子模型，重点掌握其三条基本假设，同时解释了氢原子光谱，但它也有它的局限性【作业设计】【作业设计】1、阅读教材P60-P62科学足迹了解弗兰克-赫兹实验以及量子力学的诞生2、分析制成五颜六色的霓虹灯的原理3、完成课后练习P63 1-4题同学们再见