选修3-5第2章第3节玻尔的原子模型

汤姆孙发现电子汤姆孙的西瓜模型α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型回顾科学家对原子结构的认识史原子不可割汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实氢光谱实验否定建立否定建立否定卢瑟福的核式结构模型建立出现矛盾出现矛盾?电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定．vFree+e+e经典理论认为事实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,原子光谱应该是连续光谱经典理论认为事实原子光谱是不连续的线状谱一、经典理论的困难原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾核外电子绕核运动辐射电磁波电子轨道半径连续变小原子不稳定辐射电磁波频率连续变化事实上：原子是稳定的原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。二玻尔的原子模型1能级假说原子只能处于一系列不连续（即量子化）的能量状态中，这些状态叫做定态；2跃迁假说原子从一种定态跃迁到另一种定态时，要辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量等于这两种定态的能量差hυ=│E2—E1│；3轨道假说原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，轨道的分布也是不连续（即量子化）的。mrv原子只能处于一系列不连续（即量子化）的能量状态中，这些状态叫做定态；针对原子的稳定性提出能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态二玻尔的原子理论的基本假设（三个重要假设）mrvＥ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５量子数基态：能量最低的状态（离核最近）——基态激发态：其他的状态激发态能级图轨道图123原子从一种定态跃迁到另一种定态时，要辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量等于这两种定态的能量差当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为Ｅm）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Ｅn，mn）时放出能量为hν的光子hν＝Ｅm-Ｅnh是普朗克常量h=6.63x10-34J.s基态激发态跃迁（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）辐射光子光子的发射和吸收针对原子核式结构模型提出•围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。•且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射•mevr=(n=1，2，3，…)2hn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．氢原子能级12rnrn)6.13(1112eVEEnEn3,2,1n三、氢原子能级结构(r1=0.53x10-10m)（一）、氢原子的能量rv库仑力提供向心力rvmrek2221、电子的动能：221mvEkrek222、原子的电势能：取电子与核相距无穷远时的电势能为零rekEp23、原子的能量：rekEEEpk22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氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep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，且其大小总大于同一定态的动能值，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21nEEn得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论。（二）说明1：（1）这里的能量指总能量(即E=Ek+Ep)例如：E1=-13.6eV实际上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2）这里的电势能Ep＜0，原因是规定了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。(3)量子数n=1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.（4）跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，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．说明2：1、从高能级向低能级跃迁–发射光子以光子形式辐射出去（原子发光现象）2从低能级向高能级跃迁对于能量小于13.6ev的光子（要么全被吸收，要么不吸收）对于能量大于或等于13.6ev的光子（电离）（1）吸收光子（2）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。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N=2)1(nn说明3.一群原子和一个原子的跃迁问题说明4.跃迁与电离的问题原子跃迁时．不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离，其电离能为13.6eV，只要能量等于或大于13.6eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性．在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难．四、玻尔模型的局限性氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释。汤姆孙发现电子汤姆孙的西瓜模型α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型原子不可割汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实氢光谱实验否定建立否定建立否定卢瑟福的核式结构模型建立出现矛盾出现矛盾?玻尔模型复杂（氦）原子光谱量子力学理论玻尔模型否定建立出现矛盾拓展与提高原子结构的认识史怎样修改玻尔模型？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电子在某处单体积内出现的概率——电子云[例1]练习：对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ACD学以致用例1对于基态氢原子，下列说法正确的是（）A它能吸收10.2eV的光子B它能吸收11eV的光子C它能吸收14eV的光子D它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能例题1：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，正确的是:A、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C、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D例题2：根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E/的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E/等于chEchEchEchEA.B.C.D.C例题3：欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（）A.用10.２eV的光子照射B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用11eV的电子碰撞ACD例4、如图所示为氢原子的能级图，若用能量为12.75eV的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n=4的激发态上去B.有的氢原子能从基态跃迁到n=3的激发态上去C.氢原子最多能发射3种波长不同的光D.氢原子最多能发射6种波长不同的光例题1：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，正确的是:A、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C、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D例题2：一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γ1、γ2、γ3的三种光子，且γ1γ2γ3，则A、被氢原子吸收的光子的能量为hγ1B、被氢原子吸收的光子的能量为hγ2C、γ1=γ2+γ3D、被氢原子吸收的光子的能量为hγ1+hγ2+hγ3AC例题3：根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E/的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E/等于chEchEchEchEA.B.C.D.C例题4：欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（）A.用10.２eV的光子照射B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用11eV的电子碰撞ACD例题5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射的谱线的波长例题6：有1200个都处于n=4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n能级的原子向各低能级跃迁的原子数是处于n能级原子数的倍。（）1n1－A.2000B.2200C.1600D.1800B例题7：氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为λ1的光子，从能级A跃迁到能级C时，辐射出波长为λ2的光子，若λ1λ2,则氢原子从能级B跃迁到能级C时，将辐射还是吸收光子？光子的波长为多大？例8氢原子核外电子有离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,原子能级值，半径ｒ，绕行速度V，周期T，电子动能，氢原子电势能，原子总能量，等效电流如何变化？例9处于基态的一群氢原子受某种单色光照射时，只发射波长为λ1、λ2、λ3的三种单色光，且λ1λ2λ3，则照射光的波长为多少？