波尔原子假说精选PPT.ppt

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1、波尔原子假说波尔原子假说第1页，此课件共38页哦 1919世纪末世纪末2020世纪初，人类叩开了微观世世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据有研究提出了关于界的大门，物理学家根据有研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数人型能够很好的解释实验现象，得到了多数人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾著名的 粒子散射实验第2页，此课件共38页哦第3页，此课件共38页哦一、原子核式结构与经典电磁理论的矛盾：一、原子核式结构与经典电磁理论的矛盾：圆周运动圆周运动圆周运动圆

2、周运动电场变化电场变化电场变化电场变化辐射电磁波辐射电磁波辐射电磁波辐射电磁波能量减小能量减小能量减小能量减小轨道半径减小轨道半径减小轨道半径减小轨道半径减小最终落到原子核上最终落到原子核上最终落到原子核上最终落到原子核上圆周运动圆周运动圆周运动圆周运动向外辐射能量向外辐射能量向外辐射能量向外辐射能量f f波波波波=f f匀圆匀圆匀圆匀圆辐射电磁波的频率应辐射电磁波的频率应辐射电磁波的频率应辐射电磁波的频率应连续变化连续变化连续变化连续变化原子是稳定的原子是稳定的原子是稳定的原子是稳定的f f匀圆匀圆匀圆匀圆逐渐增大逐渐增大逐渐增大逐渐增大由由经经典典电电磁磁理理论论原子是不稳定的原子是不稳定

3、的原子是不稳定的原子是不稳定的辐射的电磁波的频辐射的电磁波的频辐射的电磁波的频辐射的电磁波的频率只是某些确定值率只是某些确定值率只是某些确定值率只是某些确定值事事实实轨道半径连续减小轨道半径连续减小轨道半径连续减小轨道半径连续减小第4页，此课件共38页哦以上矛盾表明，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，生的微观现象。为了解决这个矛盾，19131913年玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克年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，提出了玻的量子理论运用

4、到原子系统上，提出了玻尔理论。尔理论。第5页，此课件共38页哦二、二、玻尔的原子模型玻尔的原子模型卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾1.1.原子的稳定性原子的稳定性?2.2.原子光谱是连续谱还是线状谱原子光谱是连续谱还是线状谱?尼尔斯尼尔斯 玻尔玻尔丹麦丹麦（1885-19621885-1962年）年）第6页，此课件共38页哦 1885 1885 年，玻尔年，玻尔(Neils Bohr)(Neils Bohr)出生于丹麦出生于丹麦哥本哈根。他的父亲是哥本哈根大学一名杰哥本哈根。他的父亲是哥本哈根大学一名杰出的生理学教授，母亲出生于一个在银行、出的生

5、理学教授，母亲出生于一个在银行、政治和教育各界中均很活跃的富有犹太人家政治和教育各界中均很活跃的富有犹太人家庭。父母从小便很关心玻尔，使他的天赋得庭。父母从小便很关心玻尔，使他的天赋得以充分发挥。以充分发挥。1903 1903 年，玻尔入读哥本哈根年，玻尔入读哥本哈根大学，主修物理学。玻尔尚未毕业时，便巳大学，主修物理学。玻尔尚未毕业时，便巳经锋芒毕露，他通过观察喷射的水流就能精经锋芒毕露，他通过观察喷射的水流就能精密测量出水的表面张力。密测量出水的表面张力。1909 1909 年，玻尔获年，玻尔获理科硕士学位，理科硕士学位，1911 1911 年获哲学博士学位。年获哲学博士学位。第7页，此课

6、件共38页哦他的博士论文金属电子论的研究定性地说明他的博士论文金属电子论的研究定性地说明了金属的各种性质。他察觉到经典理论的缺陷，了金属的各种性质。他察觉到经典理论的缺陷，并证明了金属的磁性决不能用这些原理解释。结并证明了金属的磁性决不能用这些原理解释。结束在哥本哈根大学的学习后，玻尔前往英国剑桥束在哥本哈根大学的学习后，玻尔前往英国剑桥大学，想在汤姆逊的指导下继续研究电子论，但大学，想在汤姆逊的指导下继续研究电子论，但是汤姆逊巳经对这个问题失去了兴趣。于是玻尔是汤姆逊巳经对这个问题失去了兴趣。于是玻尔随即转往曼彻斯特大学，在卢瑟福的实验室工作。随即转往曼彻斯特大学，在卢瑟福的实验室工作。19

7、13 1913 年，他发表了三篇论文，把当时的原子结构年，他发表了三篇论文，把当时的原子结构模型与量子论结合起来，揭开了物理学崭新的一模型与量子论结合起来，揭开了物理学崭新的一页。页。第8页，此课件共38页哦爱因斯坦一直对量子力学的概率解释感到不满，他曾爱因斯坦一直对量子力学的概率解释感到不满，他曾在写给在写给 玻尔玻尔 的信中提到的信中提到:量子力学虽然令人赞叹，量子力学虽然令人赞叹，但在我的心中有个声音告诉我，它还不是那真实的东但在我的心中有个声音告诉我，它还不是那真实的东西西我无论如何也不相信上帝会在掷骰子我无论如何也不相信上帝会在掷骰子!本世本世纪最伟大的两位科学巨人之间的大战就此揭开

8、序幕纪最伟大的两位科学巨人之间的大战就此揭开序幕 爱因斯坦曾提出许多爱因斯坦曾提出许多“矛盾矛盾”，企图证明量子力学，企图证明量子力学站不住脚。但是，玻尔对这站不住脚。但是，玻尔对这些些“矛盾矛盾”经过分析之后，经过分析之后，反倒帮助阐明了量子力学的反倒帮助阐明了量子力学的原理。原理。第9页，此课件共38页哦 玻尔年轻时，和他的兄弟曾是丹麦国玻尔年轻时，和他的兄弟曾是丹麦国家足球队的队员。当家足球队的队员。当19221922年在斯德哥尔摩年在斯德哥尔摩给他授奖时，有一丹麦报纸这样风趣地报给他授奖时，有一丹麦报纸这样风趣地报导说：授予导说：授予“著名足球运动员尼耳斯著名足球运动员尼耳斯.玻玻尔尔

9、”诺贝尔奖金。诺贝尔奖金。第10页，此课件共38页哦二、玻尔原子结构模型二、玻尔原子结构模型 原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫做定态。不向外辐射能量。这些状态叫做定态。定态假定态假设设第11页，此课件共38页哦 原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即的能量差决定，即h=Eh=E初初E E终终。跃

10、迁假设跃迁假设原子的不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运原子的不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。可能轨道也是不连续的。轨道能级化假设轨道能级化假设第12页，此课件共38页哦三、能级三、能级1、内容：、内容：原子处于不同定态时所具有的能量值原子处于不同定态时所具有的能量值电子处于什么轨道时原子所具有的能量较电子处于什么轨道时原子所具有的能量较小？是内层轨道还是外层轨道？小？是内层轨道还是外层轨道？2、基态：、基态：能量值最低的状态能量值最低的状态轨道半径最小轨道半径最小3、激发态：、激发态：除

11、基态外的状态除基态外的状态4、电离：、电离：核外电子脱离核的束缚状态核外电子脱离核的束缚状态原子的能量值最高原子的能量值最高第13页，此课件共38页哦玻玻尔尔从从上上述述假假设设出出发发，利利用用库库仑仑定定律律和和牛牛顿顿运运动动定定律律，计计算算出出了了氢氢的的电电子子可可能能的轨道半径和对应的能量的轨道半径和对应的能量氢原子能级第14页，此课件共38页哦四、氢原子的轨道及对应的能级四、氢原子的轨道及对应的能级n n：电子脱：电子脱：电子脱：电子脱离核束缚离核束缚离核束缚离核束缚1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1

12、.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/eVE/eV氢原子能级图氢原子能级图氢原子能级图氢原子能级图第15页，此课件共38页哦五、光子的发射与吸收五、光子的发射与吸收1、向下跃迁、向下跃迁1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/eVE/eV可自发地经过一次或可自发地经过一次或几次跃迁达基态几次跃迁达基态跃迁时以光子的形式跃迁时以光子的形式向外放出能量向外放出能量发射光子发射光子第16页，此课件共38页哦某个氢原子处于某个氢原子处于某个氢原子处于某个氢原

13、子处于n=4n=4激发态激发态激发态激发态1、它可能向外辐射哪些波、它可能向外辐射哪些波长的光子？长的光子？2 2、它最多向外辐射的光子、它最多向外辐射的光子、它最多向外辐射的光子、它最多向外辐射的光子数为多少？数为多少？数为多少？数为多少？3 3、若是一群处于该激发态、若是一群处于该激发态、若是一群处于该激发态、若是一群处于该激发态的氢原子呢？的氢原子呢？的氢原子呢？的氢原子呢？1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/eVE/eV要注意是一个原子跃迁还是一群原子跃迁要注意是一个

14、原子跃迁还是一群原子跃迁可能的光子的频率有可能的光子的频率有 种种第17页，此课件共38页哦五、光子的发射与吸收五、光子的发射与吸收1、向下跃迁、向下跃迁2、向上跃迁、向上跃迁发射光子发射光子1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/eVE/eV吸收能量吸收能量1)1)光子使原子跃迁光子使原子跃迁光子的能量必须光子的能量必须等于等于能级差能级差要么全被吸收，要么不吸收要么全被吸收，要么不吸收第18页，此课件共38页哦电离：电离：使原子电离使原子电离电离后电子剩余动能为：

15、电离后电子剩余动能为：注意：注意：En为负值为负值思考思考:分别能量为分别能量为2eV、10eV的光子照射处于的光子照射处于n=2激发态的氢原子，结果如何？激发态的氢原子，结果如何？第19页，此课件共38页哦2)实物粒子使原子跃迁实物粒子使原子跃迁跃迁：跃迁：实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可使原子受激发而向较高能级跃迁。也可使原子受激发而向较高能级跃迁。思考思考:用动能为用动能

16、为12ev12ev、15ev15ev的电子与氢原的电子与氢原子碰撞，氢原子是否能发生跃迁子碰撞，氢原子是否能发生跃迁第20页，此课件共38页哦六、光谱六、光谱产生：由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生：由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生产生1)连续光谱：连续光谱：复色光通过三棱镜后在光屏复色光通过三棱镜后在光屏上所形成的彩色光带上所形成的彩色光带1、发射光谱：、发射光谱：物质发光直接产生的光谱物质发光直接产生的光谱连续分布着包含从红光到紫光的各种色光的光谱连续分布着包含从红光到紫光的各种色光的光谱第21页，此课件共38页哦2)2)原子光谱：原子光谱：原子光谱：原子光谱：只包含一些不连续亮

17、线的光谱只包含一些不连续亮线的光谱,其中的亮线称为谱线其中的亮线称为谱线不同元素的原子发光其谱线一般不同，故将谱线称为特征不同元素的原子发光其谱线一般不同，故将谱线称为特征不同元素的原子发光其谱线一般不同，故将谱线称为特征不同元素的原子发光其谱线一般不同，故将谱线称为特征谱线谱线谱线谱线产生：由稀薄气体发光而产生产生：由稀薄气体发光而产生第22页，此课件共38页哦2 2、吸收光谱：、吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，某些高温物体发出的白光通过物质时，某些小长的光被物质吸收后产生的光谱小长的光被物质吸收后产生的光谱产生：产生：炽热物体发出的白光通过温度较低的炽热物体发出的白光通过温度较低的

18、气体后产生气体后产生第23页，此课件共38页哦光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，一种元素在样品中的含量即使很少，用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱因此光谱分析可以也能观察到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，这种方法用来确定样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物质成分物质成分光谱分析光谱分析:利用原子光谱和吸收光谱利用原子光谱和吸收光谱第24页，此课件共38页哦 漆碗：第三文化层（距今漆碗：第三文化层（距今6500650060006000年）利用红外光分

19、析其表面，其年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光谱图相似谱图相似第25页，此课件共38页哦 X X射线照射射线照射激发荧光，通激发荧光，通过分析荧光判过分析荧光判断越王勾践宝断越王勾践宝剑的成分剑的成分第26页，此课件共38页哦七、玻尔理论的成功与局限之处七、玻尔理论的成功与局限之处1、成功之处：、成功之处：引入了引入了“量子量子”的观的观念念成功解释了氢原子的线状光谱成功解释了氢原子的线状光谱2、局限之处：、局限之处：过多地引用了经典的物理理论过多地引用了经典的物理理论对于外层电子较多元素的对于外层电子较多元素的原子光谱，其理论与事

20、实原子光谱，其理论与事实相差很大相差很大取而代之的是取而代之的是“量子力学量子力学”第27页，此课件共38页哦八、氢原子的能量八、氢原子的能量rv库仑力提供向心力库仑力提供向心力1、电子的动能：、电子的动能：2、原子的电势能：、原子的电势能：取电子与核相距无穷远时的电势能为零取电子与核相距无穷远时的电势能为零第28页，此课件共38页哦3 3、原子的能量：、原子的能量：、原子的能量：、原子的能量：原子的能量值是核外电子的动能原子所具有的势能的总和原子的能量值是核外电子的动能原子所具有的势能的总和原子的能量值是核外电子的动能原子所具有的势能的总和原子的能量值是核外电子的动能原子所具有的势能的总和原

21、子的能量值为什么是一个负值原子的能量值为什么是一个负值原子的能量值为什么是一个负值原子的能量值为什么是一个负值?卫星绕地球做圆周运动的模型与此类似卫星绕地球做圆周运动的模型与此类似卫星绕地球做圆周运动的模型与此类似卫星绕地球做圆周运动的模型与此类似第29页，此课件共38页哦氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能动能E Ek k和电势能和电势能E Ep p的代数和，因为在选无穷远处电的代数和，因为在选无穷远处电势能为零的情况下，各定态的电势能均为负值，且势能为零的情况下，各定态的电势能均为负值，且其大小总大于同一定态的动能值，所以各定态能量其大小总大于同

22、一定态的动能值，所以各定态能量值均为负值，因此，不能根据氢原子的能级公式值均为负值，因此，不能根据氢原子的能级公式得出氢原子各定态能量与得出氢原子各定态能量与n n2 2成反比的成反比的错误结论。错误结论。第30页，此课件共38页哦 例题例题1：按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较：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，正确的是说法中，正确的是: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，

23、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，总能量变大D第31页，此课件共38页哦 例题例题2：一群处于基态的氢原子吸收某种单色光：一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，只能发出频率为的光子后，只能发出频率为 1、2、3的三种光子，的三种光子，且且 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h 1 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h 2 C、1=2+3D、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

24、h 1+h 2+h 3AC第32页，此课件共38页哦例题例题3：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 E的轨道跃迁到能量为的轨道跃迁到能量为E E/的轨道，的轨道，辐辐射出波射出波长为长为 的的光，以光，以h h表示普朗克常量，表示普朗克常量，c c表示真空中的光速，表示真空中的光速，则则E E/等于等于 A.B.C.D.C第33页，此课件共38页哦例题例题4：欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的：欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（措施是（）A.用用10.eV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

25、光子照射 D.用用11eV的电子碰撞的电子碰撞ACD第34页，此课件共38页哦例题例题5在气体放电管中，用携带着能量在气体放电管中，用携带着能量12.2eV的电子去轰击氢原子，试确定此时的氢可能辐的电子去轰击氢原子，试确定此时的氢可能辐射的谱线的波长射的谱线的波长 第35页，此课件共38页哦例题例题6：有：有1200个都处于个都处于n=4能级的氢原子，最终都能级的氢原子，最终都处于基态，其发出光子的总数是多少？设处于第处于基态，其发出光子的总数是多少？设处于第n能能级的原子向各低能级跃迁的原子数是处于级的原子向各低能级跃迁的原子数是处于n能级原子能级原子数的数的 倍。（倍。（）A.2000 B.2200 C.1600 D.1800B第36页，此课件共38页哦例题例题7：氢原子从能级：氢原子从能级A跃迁到能级跃迁到能级B时，辐射出波长时，辐射出波长为为1的光子，从能级的光子，从能级A跃迁到能级跃迁到能级C时，辐射出时，辐射出波长为波长为2的光子，若的光子，若1 2,则氢原子从能级则氢原子从能级B跃跃迁到能级迁到能级C时，将辐射还是吸收光子？光子的波时，将辐射还是吸收光子？光子的波长为多大？长为多大？第37页，此课件共38页哦第38页，此课件共38页哦