18.4波尔的原子模型

第十八章 原子结构 第四节 玻尔的原子模型人教版选修人教版选修3-5经典理论的困难经典理论的困难核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上：事实上：原子是稳定的原子是稳定的辐射电磁波频率只是辐射电磁波频率只是某些确定值某些确定值历史回顾历史回顾 在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子概念的启发下，光子概念的启发下，波尔波尔于于19131913年把微观世界中物理年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说。子结构假说。卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，正确地指出了原子核的存在，很好地解释了很好地解释了散射实验。散射实验。但是，经典物理学既无法解但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。释原子光谱的分立特征。1 1、轨道假设：、轨道假设：原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核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。做圆周运动，服从经典力学的规律。一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设12nrnr nmr053.01 氢原子氢原子中电子轨道的最小半径中电子轨道的最小半径 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。即时，这样的轨道才是可能的。即电子的轨道是量子化的。电子的轨道是量子化的。电子在这电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。2 2、能级假设：、能级假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处于当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同状态不同状态,具有不同能量，所以具有不同能量，所以原子能量也是量子化的原子能量也是量子化的。一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设n121EEneVE6.131 氢原子氢原子在基态（第一能级）的能量：在基态（第一能级）的能量：这些量子化的能量值叫这些量子化的能量值叫能级能级；原子中这些具有确；原子中这些具有确定能量的稳定状态叫定能量的稳定状态叫定态定态。能量最低的状态叫能量最低的状态叫基态基态，其他状态叫，其他状态叫激发态激发态。3、跃迁假设：、跃迁假设：当电子从能量较高的定态轨道（设能量为当电子从能量较高的定态轨道（设能量为Em）跃迁跃迁到能量较低的定态轨道（设能量为到能量较低的定态轨道（设能量为En，mn）时，它辐射）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，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，即即 一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设mnhEE 反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高反之，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。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。(频率条件或辐射条件频率条件或辐射条件)nmr053.01 12rnrn eVE6.131 21nEEn 0 E轨道半径：轨道半径：能能 量：量：（n=1,2,3)式中式中r1=0.5310-10m、E1=-13.6ev二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释12nrnrn121EEn氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量 mnhEE频率条件频率条件4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1轨道假设轨道假设4 3 2 1n=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：根据：E=hv，=c/v又又E=1.89eV=3.03 10-19J 所以，所以，=hc/E=6.6310-34 3.0 10-8 /3.03 10-19J=6.57 10-7(m)（巴尔末系）HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量HHHHn=4n=6n=5n=1n=3n=2巴尔巴尔末系末系氢吸氢吸收光收光谱谱13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/eV基态基态激发态激发态赖曼系赖曼系巴巴耳耳末末系系帕帕邢邢系系布布喇喇开开系系普普丰丰德德系系氢原子的能级图氢原子的能级图nkEhvE nEhv nEEhv nEhv 即：nmEEE 电子实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可动能可全部或部分地全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒为原子吸收，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。使原子受激发而向较高能级跃迁。玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题件问题，但是也有它的局限性，但是也有它的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量子化量子化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，在解决其他除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难问题上遇到了很大的困难三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性氦原子光谱氦原子光谱波尔理论还没有完全解波尔理论还没有完全解释微观粒子运动的规律。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（直径约电子是一种微观粒子，在原子如此小的空间（直径约1010 m m）内作高速（接近光速）内作高速（接近光速3 31010msms ）运动，核）运动，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，只能用迹，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会（电子云描述它在原子核外空间某处出现机会（几率）的大小。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。方式的形象描绘，它的区别在于行星轨道式模型。达标练习：达标练习：1 1、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（）A A原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量但不向外辐射能量B 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对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子定频率的光子D 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频率ABC2 2、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）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D3、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为、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的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已的圆轨道上，已知知rarb，则在此过程中（则在此过程中（）A、原子要发出一系列频率的光子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原子要吸收某一频率的光子C4 4、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越大，则下列说越大，则下列说法中正确的是（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ACD5、如图所示是某原子的能级图、如图所示是某原子的能级图,a、b、c 为原子跃迁所为原子跃迁所发出的三种波长的光发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中在下列该原子光谱的各选项中,谱谱线从左向右的波长依次增大线从左向右的波长依次增大,则正确的是则正确的是 _.C三种光的频率，波长满足什么关系？三种光的频率，波长满足什么关系？一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设1 1、轨道假设：、轨道假设：2 2、能级假设：、能级假设：3 3、跃迁假设：、跃迁假设：二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性小结小结