氢原子的玻尔理论优秀PPT.ppt

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1、氢原子的玻尔理论你现在浏览的是第一页，共32页 十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现，如电子、现，如电子、X 射线和放射性元素的发现表明原射线和放射性元素的发现表明原子是可以分割的，它具有比较复杂的结构，原子子是可以分割的，它具有比较复杂的结构，原子是怎样组成的？原子的运动规律如何？对这些问是怎样组成的？原子的运动规律如何？对这些问题的研究形成了原子的量子理论。题的研究形成了原子的量子理论。一、原子结构的探索 1897年，年，J.J.汤姆逊发现电子以后，人们就汤姆逊发现电子以后，人们就知道原子中除有电子以外，一定还存在着带正知道原子中除有电子以外，

2、一定还存在着带正电的部分电的部分。而且原子内正、负电荷相等。电子和正。而且原子内正、负电荷相等。电子和正电荷是如何分布的呢？电荷是如何分布的呢？你现在浏览的是第二页，共32页1.J.J汤姆逊原子模型 1903年年 J.J.汤姆逊提出，汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均原子中的正电荷和原子质量均匀地分布在半径为匀地分布在半径为10-10m的的球体内，电子浸于此球体中，球体内，电子浸于此球体中，即即“葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型”。卢瑟福是卢瑟福是J.J.汤姆逊的学生，汤姆逊的学生，提出了原子的有核模型。提出了原子的有核模型。你现在浏览的是第三页，共32页2.研究原子的两种方法 原子很小，只有

3、原子很小，只有10-11m，无法直接观察，只有无法直接观察，只有通过实验现象去分析研究。通过实验现象去分析研究。.利用原子发光谱线规律。利用原子发光谱线规律。.用高能粒子轰击物质中的原子，使高能粒子穿到用高能粒子轰击物质中的原子，使高能粒子穿到原子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部原子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部结构。结构。你现在浏览的是第四页，共32页1.粒子散射实验 二、卢瑟福的原子有核模型 卢瑟福用卢瑟福用 粒子轰击原子，探索原子内部结粒子轰击原子，探索原子内部结构，并提出原子的有核模型。构，并提出原子的有核模型。粒子为氦核粒子为氦核以以c/15轰击金箔，轰击金箔，在原

4、子中带电物质的电场力作用下，使它偏离原来在原子中带电物质的电场力作用下，使它偏离原来的入射方向，从而发生散射现象。的入射方向，从而发生散射现象。氦核质量是电子质量的氦核质量是电子质量的 7500倍，倍，粒子运动不受粒子运动不受电子影响。电子影响。你现在浏览的是第五页，共32页 粒子粒子镭放射源镭放射源 荧光屏荧光屏显微镜显微镜金箔金箔绝大部分粒子经金箔散绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小射后，散射角很小23，1/8000的粒的粒子偏转大于子偏转大于90 你现在浏览的是第六页，共32页2.卢瑟福原子有核模型.原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量

5、，集中了原子中全部的正电荷。集中了原子中全部的正电荷。.电子绕原子核旋转。电子绕原子核旋转。.原子核的体积比原子的原子核的体积比原子的体积小得多。体积小得多。原子半径原子半径10-10m原子核半径原子核半径10-14 10-15m你现在浏览的是第七页，共32页 按经典理论电子绕核旋按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子靠近原子核，最后落入原子核中。核中。播放动画播放动画 轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率

6、也是连续的，也是连续的，原子光谱应是连续的光谱。实验表原子光谱应是连续的光谱。实验表明原子相当稳定，这一结论与实验不符。实验测明原子相当稳定，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是不连续的谱线。得原子光谱是不连续的谱线。3.有核模型与经典理论的矛盾原子落入核内原子落入核内你现在浏览的是第八页，共32页三、氢原子光谱的规律性 粒子散射实验确定了原子有核结构，粒子散射实验确定了原子有核结构，但它对核外电子并没提供什么信息，原子光但它对核外电子并没提供什么信息，原子光谱提供了这方面的信息。谱提供了这方面的信息。每种原子光谱有固定分布，可根据光每种原子光谱有固定分布，可根据光谱分析物质的元素组成。谱分

7、析物质的元素组成。你现在浏览的是第九页，共32页A即由此得来。即由此得来。红红蓝蓝紫紫6562.84340.54861.3氢原子的可见光光谱：氢原子的可见光光谱：。1853年瑞典人年瑞典人埃格斯特朗埃格斯特朗（A.J.Angstrom）测得氢可见光光谱的红线，测得氢可见光光谱的红线，到到1885年，年，观测到的氢原子光谱线已有观测到的氢原子光谱线已有14条。条。你现在浏览的是第十页，共32页 波数波数R=1.0973731568549 107m-1（现代值）（现代值）巴耳末巴耳末（J.J.Balmer）分析这些谱线后，得到分析这些谱线后，得到经验公式：经验公式：波数波数B=3645.6（经验常

8、数）（经验常数）里德伯方程里德伯方程 里德伯常数里德伯常数1889年，年，里德伯里德伯（J.R.Rydberg）提出普遍方程：）提出普遍方程：你现在浏览的是第十一页，共32页 氢光谱各谱线系与氢光谱各谱线系与 n 的关系：的关系：赖曼系赖曼系（紫外区），（紫外区），n=1；（；（1914）巴耳末系巴耳末系（可见光），（可见光），n=2；（；（1885）帕邢系帕邢系（红外区），（红外区），n=3；（；（1908）布喇开系布喇开系（红外区），（红外区），n=4；（；（1922）普芳德系普芳德系（红外区），（红外区），n=5；（；（1924）nn 后来发现在紫外和红外区还有其他谱线系。后来发现在紫外

9、和红外区还有其他谱线系。你现在浏览的是第十二页，共32页H原子光谱的解释你现在浏览的是第十三页，共32页四、氢原子的玻尔理论你现在浏览的是第十四页，共32页 玻尔（玻尔（Niels Henrik David BohrNiels Henrik David Bohr，18851962)18851962)丹丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一。麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一。19111911年，年，他来到卡文迪什实验室，在他来到卡文迪什实验室，在J.J.J.J.汤姆逊的指导下学习和汤姆逊的指导下学习和研究，当得知卢瑟福从研究，当得知卢瑟福从 粒子散射实验提出了原子的有核粒子散射实验提出了

10、原子的有核粒子散射实验提出了原子的有核粒子散射实验提出了原子的有核模型后，他深感亲佩，同时也非常理解该模型所遇到的困难。模型后，他深感亲佩，同时也非常理解该模型所遇到的困难。模型后，他深感亲佩，同时也非常理解该模型所遇到的困难。模型后，他深感亲佩，同时也非常理解该模型所遇到的困难。于是他又转赴卢瑟福实验室求学，并参加于是他又转赴卢瑟福实验室求学，并参加于是他又转赴卢瑟福实验室求学，并参加于是他又转赴卢瑟福实验室求学，并参加 粒子散射的实粒子散射的实验工作，他坚信卢瑟福的有核模型，认为要解决原子验工作，他坚信卢瑟福的有核模型，认为要解决原子的稳定性问题，必须用量子概念对经典物理来一番改的稳定性问

11、题，必须用量子概念对经典物理来一番改造。终于在造。终于在19131913年发表了论原子构造与分子构造年发表了论原子构造与分子构造等三篇论文，正式提出了在卢瑟福原子有核模型基础等三篇论文，正式提出了在卢瑟福原子有核模型基础上的关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从上的关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了氢原子光谱的规律。玻尔的成功，使而完满地解释了氢原子光谱的规律。玻尔的成功，使量子理论取得重大进展，推动了量子物理学的形成，量子理论取得重大进展，推动了量子物理学的形成，具有划时代的意义。具有划时代的意义。你现在浏览的是第十五页，共32页1.玻尔的量子化假设 玻尔认为电子绕

12、核作圆周运动不发射电玻尔认为电子绕核作圆周运动不发射电磁波，并保持原子结构的稳定。在原子有核磁波，并保持原子结构的稳定。在原子有核基础上应用量子化概念，提出三个基本假设，基础上应用量子化概念，提出三个基本假设，该理论是经典理论和普朗克量子化概念的混该理论是经典理论和普朗克量子化概念的混合。为半经典理论或早期氢原子的量子理论。合。为半经典理论或早期氢原子的量子理论。你现在浏览的是第十六页，共32页假设1(定态假设)电子在原子中，可以在一些特定的圆轨电子在原子中，可以在一些特定的圆轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（简称定态），并具有一定的能量。定

13、状态（简称定态），并具有一定的能量。假设2(角动量量子化假设)电子以速度电子以速度 v 在半径为在半径为 r 的圆周上绕的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量核运动时，只有电子的角动量 L 等于等于h/2 的整数倍的那些轨道才是稳定的，即的整数倍的那些轨道才是稳定的，即你现在浏览的是第十七页，共32页n 为主量子数，上式叫量子化条件。为主量子数，上式叫量子化条件。假设3(频率公式)当原子从定态当原子从定态 Ei 跃迁到定态跃迁到定态 Ef 要发射要发射或吸收频率为或吸收频率为 的光子，的光子，当当 EiEf 原子发射光子。原子发射光子。当当 Ei1 的为激发态。的为激发态。你现在浏览的是第二十二

14、页，共32页赖曼系赖曼系(紫外紫外)巴尔末系巴尔末系(可见可见)帕邢系帕邢系(红外红外)布拉开系布拉开系氢原子能级和能级跃迁图：氢原子能级和能级跃迁图：由能级算出的光谱线频率和由能级算出的光谱线频率和实验结果完全一致实验结果完全一致你现在浏览的是第二十三页，共32页.氢原子的电离能氢原子的电离能当当原子被电离原子被电离-自由态，电子自由态，电子不受原子核束缚。不受原子核束缚。电离能：电离能：把电子从氢原子第一玻尔轨道把电子从氢原子第一玻尔轨道(基态基态)移移到无穷远所需能量。到无穷远所需能量。你现在浏览的是第二十四页，共32页例例1：计算氢原子基态电子的轨道角动量、线速度。计算氢原子基态电子的

15、轨道角动量、线速度。解：解：基态基态 n=1你现在浏览的是第二十五页，共32页例例2：用用 12.6eV 的电子轰击基态氢原子，这些氢的电子轰击基态氢原子，这些氢原子所能达到最高态。原子所能达到最高态。解：解：如果氢原子吸收电子全部能量它所具有能量如果氢原子吸收电子全部能量它所具有能量轨道能量轨道能量取取你现在浏览的是第二十六页，共32页4.广义巴尔末公式的推导 由玻尔第三假设电子从高能态跳到低能态发射由玻尔第三假设电子从高能态跳到低能态发射单色光频率单色光频率原子辐射单色光波数原子辐射单色光波数由由与与比较比较你现在浏览的是第二十七页，共32页这一数值与实验测得结果符合很好。这一数值与实验测

16、得结果符合很好。为此，玻尔于为此，玻尔于19221922年年1212月月1010日诺贝尔诞日诺贝尔诞生生100100周年之际，获周年之际，获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。你现在浏览的是第二十八页，共32页 玻尔理论在人们玻尔理论在人们认识原子结构认识原子结构的进程中有很的进程中有很玻尔正在讲解玻尔正在讲解他的他的互补原理互补原理 玻尔（左）和玻尔（左）和 海森伯（中）及海森伯（中）及 泡利（右）在一起泡利（右）在一起大的贡献大的贡献 1922年玻尔获诺贝尔物理奖。年玻尔获诺贝尔物理奖。你现在浏览的是第二十九页，共32页卢瑟福的原子的核式模型卢瑟福的原子的核式模型普朗克、爱因斯坦量子化普朗克、

17、爱因斯坦量子化光谱实验给出的光谱公式光谱实验给出的光谱公式玻尔理论玻尔理论（假设、直觉）（假设、直觉）玻尔理论很好地解释了氢原子光谱的波长。玻尔理论很好地解释了氢原子光谱的波长。但是，不能说明氢原子光谱线的强度和复杂原子但是，不能说明氢原子光谱线的强度和复杂原子的光谱结构（即使是类的光谱结构（即使是类H离子和离子和He）。）。玻尔理论发展的基础：玻尔理论发展的基础：你现在浏览的是第三十页，共32页对玻尔理论的评价：对玻尔理论的评价：4.是半经典理论，仍保留了是半经典理论，仍保留了“轨道轨道”概念。概念。2.定态假设和角动量量子化条件都是对的，定态假设和角动量量子化条件都是对的，3.频率条件完全正确，一直沿用至今。频率条件完全正确，一直沿用至今。但是是但是是硬加上去硬加上去的。的。1.提出了原子能量量子化。提出了原子能量量子化。这是创造性地把这是创造性地把量子概念用到了原子结构模型。量子概念用到了原子结构模型。你现在浏览的是第三十一页，共32页设计制作设计制作设计制作设计制作干耀国干耀国干耀国干耀国山东科技大学济南校区山东科技大学济南校区你现在浏览的是第三十二页，共32页