第三节 能级.ppt

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1、卢瑟福原子核式结构的困难卢瑟福原子核式结构的困难1.原子的稳定性原子的稳定性2.原子光谱的不连续性原子光谱的不连续性一一.玻尔的原子理论玻尔的原子理论1.能量量子化假设能量量子化假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些能量状态中，原子是稳定的，之中，在这些能量状态中，原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量.2.电子跃迁假设电子跃迁假设 原子从一种定态跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时到另一种定态时,它将辐它将辐射或吸收一定频率的光子射或吸收一定频率的光子,光子的能量由此二能级能光子的能量由此二能

2、级能量差值决定量差值决定.h=E2-E13.轨道量子化假设轨道量子化假设 原子的不同能量状态对应于电子的不同原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道运行轨道,由于原子的能量状态是不连续由于原子的能量状态是不连续的的,因此因此,电子的可能轨道也是不连续的电子的可能轨道也是不连续的.电子不可能在任意轨道半径电子不可能在任意轨道半径上运行上运行,应满足应满足:轨道半径轨道半径r跟电子的动量跟电子的动量mv的乘积等于的乘积等于h/2的整数倍的整数倍.mv r=n h/2(n=1、2、3)n-量子数量子数二二.利用玻尔理论计算氢原子轨道半径和能量利用玻尔理论计算氢原子轨道半径和能量1.氢原子的轨道半径

3、和能量公式氢原子的轨道半径和能量公式r n=n2 r 1 (n=1、2、3)E n=E 1/n2(n=1、2、3)2.理解注意理解注意(1)r 1-第一条第一条(离核最近离核最近)可能轨道半径可能轨道半径.r 1=0.5310-10mr n 代表第代表第n条可能轨道半径条可能轨道半径.E 1-电子在第一条轨道上运动时的能量电子在第一条轨道上运动时的能量.E 1=-13.evE n 代表第代表第n条轨道上电子运动的能量条轨道上电子运动的能量.(2).E n=EP+EK EP-势能势能,取无穷远处电势能为零取无穷远处电势能为零;EK-动动能能;E n 是电子的动能与势能之和是电子的动能与势能之和,

4、(3).电子的动能等于电势能绝对值的一半电子的动能等于电势能绝对值的一半,总能总为负值总能总为负值.EK=EP/2E=EK+EP=-EK=EP/2三三.有关能级的几个概念有关能级的几个概念1.能级能级原子处在各个定态的能量值原子处在各个定态的能量值,叫做它的能级叫做它的能级.对氢原子对氢原子:E1=-13.6evE2=-3.4evE3=-1.51evE4=-0.85ev2.基态基态 和和 激发态激发态 在正常状态下在正常状态下,原子处于最低能级原子处于最低能级,电子在电子在离核最近的轨道上运动的状态离核最近的轨道上运动的状态,称为基态称为基态.电子从基态跃迁到较高能级电子从基态跃迁到较高能级,

5、在离核较在离核较远的轨道上运动的状态远的轨道上运动的状态,称为激发态称为激发态.-13.6-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE以以无无穷穷远远处处为为参参考考位位置置0eV10.2eV12.09eV12.75eV吸收能量放出能量能级结构图能级结构图1.随量子数随量子数n 的增大的增大,氢原子的能量氢原子的能量逐渐增大逐渐增大,两能级间的差值两能级间的差值,逐渐减逐渐减小小.2.电子从低能级到高能级运动电子从低能级到高能级运动,电场电场力做负功力做负功,电势能增大电势能增大,动能减少动能减少,由于要吸收光子由于要吸收光子,原子的总能增大原子的总能增大;电子从高能级到低能级

6、运动电子从高能级到低能级运动,电场电场力做正功力做正功,电势能减少电势能减少,动能增大动能增大,由于要释放光子由于要释放光子,原子的总能减少原子的总能减少.四四.光子的发射和吸收光子的发射和吸收1、原子的跃迁、原子的跃迁2、光子的发射和吸收、光子的发射和吸收 h=Em-En由上式可以看出，能级差越大，放出或由上式可以看出，能级差越大，放出或吸收光子的频率就越高。吸收光子的频率就越高。当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足hhEmEm-EnEn的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁能量而发生跃迁.当

7、用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒当用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两子的动能大于或等于原子某两 定态定态 能量之差能量之差EmEm-EnEn，即可使原子受激发而向较高能级跃迁即可使原子受激发而向较高能级跃迁.如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离（绕核电子脱离原子的束缚而成为（绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子自由电子”，即，即n n的状态）时，不受跃迁条件限制，只不过入射光的状态）时，不受跃迁条件限制，只不过入射光子能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大子能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大光

8、电效应光电效应.3、光子或实物粒子与原子碰撞时引起电子能、光子或实物粒子与原子碰撞时引起电子能级跃迁时的规律级跃迁时的规律练习练习1：用能量为：用能量为12eV的光子照射处于基态的光子照射处于基态 的氢原子时，则下列说法中正确的是的氢原子时，则下列说法中正确的是 （A）使基态电子电离）使基态电子电离 （B）使电子跃迁到）使电子跃迁到n3的能级的能级 （C）使电子跃迁到）使电子跃迁到n4的能级的能级 （D）电子仍处于基态）电子仍处于基态练习练习2：当用具有：当用具有1.87eV能量的光子照射能量的光子照射n3 激发态的氢原子时，氢原子激发态的氢原子时，氢原子 （A）不会吸收这个光子）不会吸收这个

9、光子 （B）吸收该光子后被电离，电离后的动能）吸收该光子后被电离，电离后的动能 为为0.36eV （C）吸收该光子后被电离，电离后电子的动）吸收该光子后被电离，电离后电子的动 能为零能为零 （D）吸收该光子后不会被电离）吸收该光子后不会被电离练习练习3：用总能量为：用总能量为13eV的一个自由电子与的一个自由电子与 处于基态的氢原子发生碰撞（不计氢原处于基态的氢原子发生碰撞（不计氢原 子的动量变化），则电子可能剩余的能子的动量变化），则电子可能剩余的能 量（碰撞中无能量损失）是量（碰撞中无能量损失）是 （A）10.2eV （B）2.8eV （C）0.91eV （D）12.75eV 可能谱线条数

10、的计算可能谱线条数的计算练习练习4：有一群处于量子数：有一群处于量子数n4的激发态中的氢的激发态中的氢原原 子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有 _条；有一个处于量子数条；有一个处于量子数n4的激发态的激发态中的氢原子，在它向低能态跃迁时，最多发中的氢原子，在它向低能态跃迁时，最多发 出出_个频率的光子个频率的光子.结论：结论：当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为可能产生的谱线条数为n n（n n-1-1）/2/2条条.当单个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，当单个氢原子处于某个能级向低

11、能级跃迁时，最多可能产生（最多可能产生（n n-1-1）个频率的光子）个频率的光子.五、光谱五、光谱连续光谱连续光谱明线光谱明线光谱吸收光谱吸收光谱光谱分析光谱分析光谱与光谱分析光谱与光谱分析原原子子线线状状光光谱谱连连续续光光谱谱六、玻尔理论的成功和局限性六、玻尔理论的成功和局限性主要成就主要成就：（1）系列常数的理论预期值与实验结果的）系列常数的理论预期值与实验结果的符合程度，超过了人们的期望。符合程度，超过了人们的期望。（2）成功解释了氢原子和类氢离子光谱，）成功解释了氢原子和类氢离子光谱，并预言了氘的存在。并预言了氘的存在。局限局限：（1）对稍复杂原子光谱无法解释）对稍复杂原子光谱无法解释（2）对氢原子谱线的强度、宽度、偏振无）对氢原子谱线的强度、宽度、偏振无法解释。法解释。（3）半经典和半量子）半经典和半量子