181.4玻尔的原子模型2

第四节第四节 第十八章第十八章 原子结构原子结构玻尔玻尔（18851962）vFree+e+e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年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基年丹麦的物理学家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础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。统上，提出了玻尔理论。针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出 电子在不同的轨道上运电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状动，原子处于不同的状态玻尔指出，原子在不态玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中量子化的。在这些状态中原子是稳定的。原子是稳定的。针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出能级图能级图123轨道与能级相对应轨道与能级相对应E高高能能级级低低能能级级EmEn针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出 电电子在始、末两个能级子在始、末两个能级Em和和En（EmEn ）间跃迁时）间跃迁时会会发射（或吸收）光子的频率发射（或吸收）光子的频率，发射（或吸收）光子的频发射（或吸收）光子的频率由前后能级的能量差决定率由前后能级的能量差决定。即即h hm m-n n其中其中为对为对应光子的频率。应光子的频率。En n 12rnrn)6.13(1112eVEEnEn3,2,1n(r1=0.053nm)说明说明1：（1）氢原子各定态的能量值，为电氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能子绕核运动的动能E Ek k和电势能和电势能E Ep p的代数和的代数和(即即E=Ek+Ep)例如：例如：E1=-13.6eV 实际上，其中实际上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2）这里的电势能这里的电势能Ep0，原因是规定了无，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。势能越少，负得越多。且其大小总大于同一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因此，不能根据氢原子的能级公式 得得出氢原子各定态能量与出氢原子各定态能量与n n2 2成反比的错误结论。成反比的错误结论。21nEEn（4）跃迁时跃迁时伴随着伴随着电子动能、原子电势能电子动能、原子电势能与原子能量的变化与原子能量的变化l当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能子的电势能E Ep p减小，电子动能增大，原子减小，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，原子能量增电势能增大，电子动能减小，原子能量增大大(3)(3)量子数量子数n=1n=1定态，能量值最小，电子动能最大，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，电势能越大能越小，电势能越大.说明说明2：1 从高能级向低能级跃迁从高能级向低能级跃迁时要释放能量。时要释放能量。以光以光子形式辐射出去子形式辐射出去-发射光子发射光子（原子发光现象）（原子发光现象）2 从低能级向高能级跃迁从低能级向高能级跃迁要吸收能量要吸收能量对于能量小于对于能量小于13.6ev的光子的光子（要么全被吸收，（要么全被吸收，要么不吸收）要么不吸收）对于能量大于或等于对于能量大于或等于13.6ev的光子的光子（电离）（电离）（1）若若吸收光子吸收光子（2）若若吸收实物粒子能量吸收实物粒子能量 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高能级跃迁,多余能量仍为实物粒子动能多余能量仍为实物粒子动能。l但但如果氢原子核外只有如果氢原子核外只有一个一个电子，这个电子在电子，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，段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一可能的情况只有一。l对于量子数为对于量子数为n的的一群一群氢原子，向较低的激氢原子，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 处于激发态的处于激发态的原原子由于不稳定，会自子由于不稳定，会自发的向低能级发的向低能级跃迁跃迁，并产生不同频率的谱线。，并产生不同频率的谱线。说明说明4.跃迁与电离的问题跃迁与电离的问题 原子跃迁时不管是吸收还是辐射光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，其电离能为量如基态氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于，只要能量等于或大于13.6 eV的光子的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入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子具有的动能越大-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 nE/eV赖曼系（紫外线）赖曼系（紫外线）巴耳末系（可见光）巴耳末系（可见光）帕邢系（红外线）帕邢系（红外线）布喇开系布喇开系逢德系逢德系N=1N=2N=3N=4N=5N=6轨道与能级相对应轨道与能级相对应成功解释了氢光谱的所有谱线。成功解释了氢光谱的所有谱线。氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱图图巴巴耳耳末末系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=212211nR,5,43，nn=6n=5n=4n=1n=3n=2（巴尔末系）HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7 巴 耳 末 公 式 R=1.10 10 里 德 伯 常 量玻尔理论玻尔理论的解释并预言了氢原子辐射的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的的电磁波的问题，但是也有它的局限性局限性在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时成功引入了成功引入了的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、粒子、轨道轨道”等等经典概念经典概念和和有关有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的量子化条件的引进没有适当引进没有适当的理论解释的理论解释。否定否定建立建立否定否定建立建立否定否定建立建立出现矛盾出现矛盾否定否定建立建立出现矛盾电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积内出现的概率电子云电子云小结小结例题讲解例题讲解chEchEchE chE 1A.1 B.1 C.1 D.例例4、如图所示为氢原子的能级图，若用能量、如图所示为氢原子的能级图，若用能量为为12.75eV的光子去照射大量处于基态的氢原的光子去照射大量处于基态的氢原子，则（子，则（）A.氢原子能从基态跃迁氢原子能从基态跃迁到到n=4的激发态上去的激发态上去B.有的氢原子能从基态跃迁有的氢原子能从基态跃迁到到n=3的激发态上去的激发态上去 C.氢原子最多能发射氢原子最多能发射3种波长不同的光种波长不同的光 D.氢原子最多能发射氢原子最多能发射6种波长不同的光种波长不同的光例例6 6、图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是（同频率的光。关于这些光下列说法正确的是（）最容易表现出衍射现象的光是由最容易表现出衍射现象的光是由能级跃到能级产生的能级跃到能级产生的频率最小的光是由频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的能级跃迁到能级产生的这些氢原子总共可辐射这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光出种不同频率的光用能级跃迁到用能级跃迁到能级辐射出的光照射能级辐射出的光照射逸出功为逸出功为6.346.34的金属铂的金属铂发生光电效应。发生光电效应。D例例7 7、现有现有12001200个氢原子被激发到量子数为个氢原子被激发到量子数为4 4的能级上，的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为的光子总数是多少？假定处在量子数为n n的激发态的氢的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的上的原子总数的 。A.1200 B.2000 C.2200 D.2400A.1200 B.2000 C.2200 D.240011n解解：画出示意图，分步计算，画出示意图，分步计算，不难得出结论不难得出结论400400个，个，400400个，个，400400个，个，200200个，个，200200个，个，200200个，个，400400个，共个，共22002200个。个。1 1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电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子轨道引入了量子化假设B B、对经典电磁理论中关于对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要做加速运动的电荷要辐射电磁波辐射电磁波”的观点提出了异议的观点提出了异议C C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子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能量变化之间的定量关系D D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典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电磁理论和牛顿力学计算出来的ABCD达标练习达标练习2 2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）A A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量都对应一定的能量B B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量能量状态不改变，就会向外辐射能量C C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子射一定频率的光子D D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的且这些轨道是不连续的BC3 3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N N越大，则下列越大，则下列说法中正确的是（说法中正确的是（）A A、电子轨道半径越大电子轨道半径越大 B B、核外电子的速率越大核外电子的速率越大C C、氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大 D D、核外电子的电势能越大核外电子的电势能越大4 4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（径（）A A、可以取任意值可以取任意值 B B、可以在某一范围内取任意值可以在某一范围内取任意值C C、可以取一系列不连续的任意值可以取一系列不连续的任意值D D、是一系列不连续的特定值是一系列不连续的特定值DACD