2019-2020年高三物理 电子论初步 三、能级(备课资料).doc

备课资料一、玻尔生平玻尔（1885-1962）丹麦物理学家，生于哥本哈根，1911年毕业于哥本哈根大学.不久去英国从事研究工作，参加卢瑟福的原子结构研究小组，研究核式原子模型.他最先发现原子序数对化学元素的物理和化学性质的重要意义.1913年他把爱因斯坦和普朗克的量子论与核式原子结合起来，解释了氢原子的发射光谱，因而获得了1922年诺贝尔物理奖.1920年哥本哈根大学根据他的倡议成立了一个理论物理研究所，他担任了该所的所长，直到逝世.在19251926年间创立量子力学的过程中，玻尔领导的哥本哈根物理研究所，成为世界原子物理研究中心.稍后他又提出了经典规律和量子规律之间的对应原理.这些工作对量子论和量子力学的建立起了重要作用.玻尔在原子核反应理论方面也有很大的贡献.他提出的原子核的液滴模型对理解核裂变具有重大意义.1943年，他从德军占领下的丹麦逃往美国，参加了原子弹的研制工作.战后他极力主张和平利用原子能，还领导建立了欧洲核子研究中心（CERN）.玻尔理论中心的普遍规律玻尔理论是建立在物理学三方面的进展的基础上的.这三方面是：（1）光谱的实验资料和经验规律；（2）以实验为基础的核式结构模型；（3）从黑体辐射的事实发展出来的量子论.玻尔在这个基础上推究原子内部的情况，在原子物理学上跨进了一大步.玻尔理论不仅讨论了氢原子的具体问题，这还包括着关于原子的基本规律.可以做如下陈述：（1）原子只能较长久地停留在一些稳定的状态（简称定态）.原子在这些状态时，不发出或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的，原子的能量不论通过什么方式发生改变，这只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态.（2）原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射的频率是一定的.如果用E1和E2代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系：h =Em-En式中h为普朗克常数.上述第一条是关于原子的量子化的定态的陈述.第二条是辐射的频率法则.这些规律不仅对一切原子是正确的，而且对其他微观客体也是适用的，因而是重要的普遍规律.量子化是微观客体的特征，也是它的基本性质.二、玻尔的原子模型1.卢瑟福模型的困难（1）电子绕核运动应辐射电磁波，能量逐渐减少，轨道半径不断变小，最终将落入原子核，即原子应是不稳定的.这与实际情况不符.（2）电子绕核运动辐射的电磁波的频率等于运行频率，随着轨道半径的变小，电磁波频率将逐渐变化，因此原子光谱应是包含一切频率的连续谱.这与实际的原子光谱为线状谱不符.2.玻尔理论三点假设（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，电子绕核运动不会辐射能量.（2）跃迁：原子从一种定态（能量E1）跃迁到另一种定态（能量E2）需辐射（或吸收）一定频率的光子.光子的能量为h=E1-E2.（3）轨道量子化：原子核外电子只能在一系列不连续的轨道上运动.3.氢原子的两个公式轨道半径公式Rn=n2R1,n=1,2,3,能级公式En=E1/n2,n=1,2,3,式中R1=0.5310-10 m，是电子离核最近的轨道半径；E1=-13.6 eV,是氢原子基态的能量.4.氢原子的能级2019-2020年高三物理 电子论初步 三、能级(备课资料)氢原子的各种定态时的能量值叫做能级，根据以上的计算，可画出示意的能级图.原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态.原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要吸收能量.原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出.明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能.原子无论吸收能量还是辐射能量，这个能量不是任意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.明确：一个原子可以有许多不同的能量状态和相应的能级，但在某一时刻，一个原子不可能既处于这一状态也处于那一状态.如果有大量的原子，它们之中有的处于这一状态，有的处于那一状态.氢光谱的观测就说明了这一事实，它的光谱线不是一个氢原子发出的，而是不同的氢原子从不同的能级跃迁到另一些不同能级的结果.三、玻尔理论的成功和局限1.用玻尔理论解释氢光谱图2110（1）原子发光是能级间跃迁的结果，所辐射（或吸收）的光子频率为=(Em-En)/h（2）氢原子从不同高能态向同一低能态跃迁时辐射的光属于同一谱系.（3）氢原子从不同高能态跃向n=2的能级时辐射的光属于巴耳末线系；从不同高能态跃向n=3的能级时辐射的光属于帕邢线系；（图2110）2.玻尔理论成功的原因及其局限性成功原因：引入量子化概念，无论是电子绕核运动的轨道或原子的能级都是分立的，不连续的.局限性：保留了过多的经典物理理论.如玻尔理论依然有电子轨道的经典观念，按照近代量子力学观点，所谓电子轨道只不过是电子出现几率最大的地方.电子在核外的运动情况，应该用“电子云”来形象地描述.