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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十八章 原子结构,汤姆孙发现电子,汤姆孙的西瓜模型,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,?,原子是稳定的,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,+,+,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,是,线状谱,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生的微观现象。为了解决这个矛盾，,1913,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统上，提出了玻尔理论。,一、玻尔原子理论的基本假设,分 立 轨 道,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，也就是说，电子的轨道也是量子化的,+,一、玻尔原子理论的基本假设,电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。,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,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,一、玻尔原子理论的基本假设,能级图,1,2,3,轨道与能级相对应,E,n,E,m,E,n,一、玻尔原子理论的基本假设,针对原子光谱是线状谱提出,当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为,m,）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为,n,，,mn,）时，会放出能量为,h,的光子（,h,是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，,即,h,m,-,n,称为频率条件，又称辐射条件,+,原子在始、末两个能级,E,m,和,E,n,（,E,m,E,n,）间跃迁时发射（或吸收）光子的频率可以由前后能级的能量差决定,：,一、玻尔原子理论的基本假设,针对原子光谱是线状谱提出,E,激发态,跃迁,基,态,（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,（,E,m,E,n,）,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,二、玻尔理论对氢光谱的解释,(r,1,=0.053nm),氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能,E,k,和电势能,E,p,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 得出氢原子各定态能量与,n,2,成反比的错误结论。,说明1：,（1）,这里的能量指总能量,(,即,E=E,k,+E,p,),例如：,E,1,=-13.6eV,实际上，其中,E,k1,=13.6eV,，,E,p1,=-27.2eV,。,（,2,）这里的电势能,E,p,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E,p,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=,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即：,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,13.6 eV,，只要能量等于或大于,13.6 eV,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,-13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0,n,E/eV,赖曼系（紫外线）,巴耳末系（可见光）,帕邢系（红外线）,布喇开系,逢德系,N=1,N=2,N=3,N=4,N=5,N=6,轨道与能级相对应,成功解释了氢光谱的所有谱线。,二、玻尔理论对氢光谱的解释,氢原子能级跃迁与光谱图,巴耳末系,-,13.6 eV,-,3.40 eV,-,1.51 eV,-,0.85 eV,-,0.54 eV,0,n,=1,n,=2,n,=3,n,=4,n,=5,n,=,问题,1,：,巴尔末公式有正整数,n,出现，这里我们也用正整数,n,来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？,巴尔末公式：,二、玻尔理论对氢光谱的解释,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,（巴尔末系）,二,.,玻尔理论对氢光谱的解释,H,H,H,H,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,三、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,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,观察与实验所获得的事实,出现矛盾,建,立,科,学,模,型,提,出,科,学,假,说,拓展与提高,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,电子在某处单位体积内出现的概率,电子云,原子结构的认识史,重点一：,能熟练画出氢原子能级图,E,n,E,2,E,1,-13.6,E,3,E,4,E,5,基态,电离态,第一激发态,主量子数,能量,巴耳末系末态,赖曼系末态,第二激发态,第三激发态,8,6,5,4,3,2,1,(eV),E,1,13.6,eV,E,n,E,1,n,2,记住关键数据和公式,(,(,v,h,E,初,E,末,学以致用,重点二：,掌握能级跃迁概念及谱线计算方法,h,10,34,6.63,J,s,10,19,1.60,J,E,n,E,1,n,2,n,2,eV,13.6,13.6,n,2,(,(,v,h,E,初,E,末,优点：,突出能级概念。,可看成理论公式。,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,的光，以,h,表示普朗克常量，,c,表示真空中的光速，则,E,/,等于,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.,eV,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,AD,八、氢原子的能量,r,v,库仑力提供向心力,1,、电子的动能：,2,、原子的电势能：,取电子与核相距无穷远时的电势能为零,3,、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,二、玻尔理论对氢光谱的解释,问题1：,巴尔末公式有正整数n出现，这里我们也用正整数n来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？,问题2：,气体导电发光机理是什么？,问题3：,试解释原子光谱为什么是线状光谱？,问题4：,不同元素的原子为什么具有不同的特征谱线？,阅读教材,P58-P59,，小组讨论回答以下几个问题,再见,
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