18.4《波尔的原子模型》ppt课件

根据：E=hv，λ=c/v
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5
又Eδ =1.89eV= 3.03 ×10-19J 所以， λ δ=hc/ Eδ
n=6
= 6.63×10-34 ×3.0 ×10-8 / 3.03 ×10-19J
= 6.57 ×10-7(m)
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
巴尔 末系 氢吸 收光 谱
r1 0.053nm
一、玻尔原子理论的基本假设
2、能级假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处于 不同状态,具有不同能量，所以原子能量也是量子化的。 这些量子化的能量值叫能级；原子中这些具有确 定能量的稳定状态叫定态。 能量最低的状态叫基态，其他状态叫激发态。
1 En 2 E1 n 氢原子在基态（第一能级）的能量：
2、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半 径（ D ）
A、可以取任意值
B、可以在某一范围内取任意值
C、可以取一系列不连续的任意值
D、是一系列不连续的特定值
3、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半 径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的 圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（C ） A、原子要发出一系列频率的光子 B、原子要吸收一系列频率的光子 C、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸收某一频率的光子
3、跃迁假设：当电子从能量较高的定态轨道（设能
量为Em）跃迁到能量较低的定态轨道（设能量为En， m>n）时，它辐射出一定频率的光子，光子的能量由 这两种定态的能量差决定，即
h Em En
反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁 到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由两种定态 的能量差决定。
1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝 尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克-赫兹实验 至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物 理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
(JAMES FRANCK)
(GUSTAV HERTZ)
三、玻尔模型的局限性
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条 件问题，但是也有它的局限性．
丹麦物理学家。玻尔通过引入量子化条件，提出了玻尔 模型来解释氢原子光谱;提出互补原理和哥本哈根诠释来解 释量子力学，他还是哥本哈根学派的创始人，1922年获得诺 贝尔物理学奖。对二十世纪物理学的发展有深远的影响。
他是卢瑟福的学生，在其影响下具有严谨的科学态度， 勤奋好学，平易近人，后来很多的科学家都有纷纷来到他身 边工作。当有人问他，为什么能吸引那么多科学家来到他身 边工作时，他回答说：“因为我不怕在青年面前暴露自已的 愚蠢”。这种坦率和实事求是的态度是使当时他领导的哥本 哈根理论研究所永远充满活力，兴旺发达的原因。 爱因斯坦评价说： “作为一个科学的思想家，玻尔具有那么惊人的吸 引力，在于他具有大胆和谦逊两种品德难得的结合”
E /eV 0
1？
5 4 3 2
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
1
-13.6
光子的能量必须等于能级差
电离：
使原子电离
hv E En
n
量子数
即： hv En
电离后电子剩余动能为：
∞
5 4 3 2
E /eV 0
n=5
n=1 n=2 n=3 n=4
n=6
E/eV n ∞－－－－－－－－－－－－－－－－－ 0 eV
５ ４ ３
氢原子的能级图
激 发 态
２
巴 耳 末 系
帕 邢 系
布 喇 开 系
普 丰 德 系
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
基态 １ -13.6
赖曼系
大量氢原子处于n=4激发态
n ∞
量子数
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
Ek hv En hv En
注意：En为负值
1
-13.6
思考:分别能量为2eV、10eV的光子照射处于n=2激 发态的氢原子，结果如何？
知识拓展：
实物粒子使原子跃迁
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。
K
设汞原子的基态能量为E0，第一激发态的能量为E1，初速为零 的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV，具有这种 能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eV<E1-E0时，电子能量 几乎不损失。如果eV≥E1-E0=Δ E，则汞原子从电子中取得能量Δ E， 而由基态跃迁到第一激发态，Δ E=eVC。相应的电位差VC即为汞原子 的第一激发电位。 在实验中，逐渐增加VG2K，由电流计读出板极电流IA，得到如 下图所示的变化曲线. IA (uA)
动，核外电子的运动与宏观物体运动不同，没有确定 的方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子核外空间 某处出现机会（几率）的大小。 电子云是近代对电子用统计的方法，在核外空间分 布方式的形象描绘，它的区别在于行星轨道式模型。
达标练习：
1、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ABC ） A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动， 但不向外辐射能量 B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形轨道绕核运动相 对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一 定频率的光子 D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的 频率
三种光的频率，波长满足什么关系？
达标练习：
1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ABCD ）
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”的观点提出了异议 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
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．
氦原子光谱 波尔理论还没有完全解 释微观粒子运动的规律。
电子是一种微观粒子，在原子如此小的空间（直
径约10⁻¹⁰m）内作高速（接近光速3×10⁸m·s⁻¹）运
E1 13.6eV
氢原子的轨道及对应的能级
n 量子数 E /eV 0
n∞：电子脱 离核束缚
∞
E 0
E1 En 2 n
rn n2 r1
5 4 3
2
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
r1 0.053nm
1
-13.6
E1 13.6eV
氢原子能级图
一、玻尔原子理论的基本假设
n=6
= 6.57 ×10-7(m)
轨道假设
4 3
4 3 2 1
定态假设
E4
E3
E2
2
1
E1
跃迁假设
4 3
2 E4 E3 E2
1
E1
夫兰克—赫兹实验的理论基础
根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状 态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值Ei(i=1,2,3‥)， 这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高 能级所对应的态称为激发态。 当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或 辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间 的能量差。
4、根据玻尔理论，氢原子中，量子数n越大，则下列 说法中正确的是（ ACD ） A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大 C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大
5、如图所示是某原子的能级图,a、b、c 为原子跃 迁所发出的三种波长的光. 在下列该原子光谱的各 选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的 C 是 _____________.
一、玻尔原子理论的基本假设
1、轨道假设：原子中的电子在库仑力的作用下，绕原 子核做圆周运动，服从经典力学的规律。
但是，电子轨道半径不是任意的，只有当半径大小符合一 定条件时，这样的轨道才是可能的。即电子的轨道是量子化的。 电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
rn n r1
2
氢原子中电子轨道的最小半径
3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列 说法中正确的是（ ACD ）
A、电子轨道半径越大
B、核外电子的速率越大
C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越 大 4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径 （ D ） A、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值 C、可以取一系列不连续的任意值 D、是一系列不连续的特定值
E电子 Em En
科学足迹
夫兰克—赫兹实验的历史背景及意义：
1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模 型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能 级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸 收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间 的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理 论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独 立的实验方法的验证。随后，在1914年，德国科学家夫兰克 和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光 谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在， 从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。
hv En Em
(h为普朗克常数)
本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能 量而实现，并满足能量选择定则：
eV En Em
(Ｖ为激发电位)
夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实 验用的是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速 电场，G与接收极A之间有减速电场。当电子在KG空间经 过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电 场，就成为电流计的电流。