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第4节 波尔的原子模型波尔是一个具有传奇色彩的科学家，他是丹麦人，由于对原子结构和原子辐射等问题的研究成果，于1922年获得诺贝尔物理学奖。1943年他的祖国受到法西斯德国的侵略，逃到瑞典，后乘坐小型飞机到美国。为避免被打下来，飞机飞的很高，不知玻尔是思考问题忘了，还是脑袋太大，没有戴氧气面罩，以至于缺氧昏迷。另外，在逃走时，诺贝尔奖章怕被搜出来，弄了一瓶王水溶解掉。二战以后回国，用其它金属将黄金置换出来，相关组织重新用这些黄金铸造了一个奖章给它。玻尔在美国，积极参与了原子弹的研制工作，是为使美国赶在德国前面拥有核武器。他反对将核武器用于战争。在普朗克的量子论启发下，玻尔提出了氢原子模型的量子化理论，他认为电子是绕原子核做匀速圆周运动，但轨道半径不是任意的，而是只能取某些特定的值，并且不会向外辐射电磁波。这和我们宏观世界的圆周运动不同。如我们的人造地球卫星，轨道的最小半径是地球大气层的半径，大一点可以是任意值，也可以是椭圆。但是，电子的半径就是分级的，如最小是0.053nm，大一点可以是0.212nm，再大就是0.477那么了，中间值是没有的。电子在不同的轨道上，其动能和势能是不同的，原子所处的能量情况不同，动能和势能的和为原子的能量，由于半径是分级的，所以能量也是分级的，这个能量的级别称为能级。能量最低的称为基态，其余的称为激发态，用量子化数来表示各个不同的状态，n=1，2，3对应的能量分别为E1，E2，E3其中n=1是基态，n=2，3，4是激发态。原子处于基态是稳定的，当吸收光子或与其它电子碰撞时，会吸收能量跃迁到激发态，激发态是不稳定的，会自发地向下面的状态跃迁，跃迁时放出的能量以光子的形式出现，这就是物体发光的原理，也就是放电发光的原理。当电子从m态跃迁到n态时（mn）,有：h=Em-En玻尔的理论可以解释物体发光的现象和氢原子的光谱，原子向上跃迁时，如果吸收的是光子，光子的能量应该正好等于两个能级的能量差，如从n跃迁到m，（mn）吸收光子的频率为，h=Em-En如果被吸收光子的能量足以使电子脱离原子核的束缚，越过最高能级成为自由电子，则对光子的能量没有限制，则光子剩余的能量变成电子的初动能，这样就解释的光电效应现象。如果是与电子碰撞，则对电子的能量没有要求，只要碰完以后电子能剩余能量即可。这样就解释了吸收光谱和放电灯的发光问题。对于发射光谱，电子处于某激发态时，向下跃迁，跃迁到下面的哪个状态都有可能，比如，电子处于第4能级，可能出现的跃迁就有一下6种，分别为434241323121后面的三个为二次跃迁或三次跃迁。由于原子是大量的，所有跃迁的可能都会有对于频率的光发出，因此可以形成相应的发射光谱。电子有动能和势能，动能总是正值，势能我们取无穷远处为势能零点，势能为负值，势能的大小为-ke2r，经过计算，势能的绝对值是动能的二倍，两者相加为负值，氢原子基态的能量为-13.6eV，用E1表示，这个单位是电子伏特，是元电荷与电压的乘积，1eV=1.610-19J。其余各态的的能量为En=E1n2玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱，但是对其它的原子就无能为力了，这也是目前人们解释的唯一的光谱现象。另外，玻尔的理论依然是电子的轨道运动，这点还处于经典力学的观点。实际上，电子出现在什么位置是有概率的，可以出现在某区域的任何位置，如果用点子将电子出现的地方描述出来，概率大的点子密集一些，概率小的点子稀疏一些，则形成电子云，电子云的形状本来是化学里面将电子亚层时的东西，现在成为选修，一般很少有选到的。有兴趣的同学可以看看。这是我们平时代表科技的一个图样，但是它是认为电子是有轨道的，因为正确的是电子云的形状，所以这个图片是不科学的。2007年高考第19题用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，n和E的可能值为An=1，13.22eVE13.32eVBn=2，13.22eVE13.32eVCn=1，12.75eVE13.06eVDn=2，12.75eVE13.06eV 【解析】若n=1，则是从第5能级上升到第6能级，电子的能量应大于基态到6能级的能量差而小于基态到7能级的能量差，故A正确，C错误。如果n=2，应该是从第2能级上升到第4能级，电子能量应大于第4能级与基态的能量差而小于第6能级与基态的能量差，B错误，D正确，故选AD。2009年高考第16题.氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为=0.6328m，=3.39m，已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为A.10.50eV B.0.98eV C. 0.53eV D. 0.36eV【解析】由公式E=h=hc，可知波长与能量差成反比，估算一下，可知D正确，选D。201118.已知氢原子的基态能量为E，激发态能量，其中n=2,3。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 A. B. C. D. 【解析】第一激发态为n=2，其能量E2=E1/4,根据E=0-E2=h=hc可知C正确。本文图片来自百度。
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