玻尔的原子模型.ppt

4.玻尔的原子模型 一、玻尔原子理论的基本假设： 1、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连 续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子 虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定 态。（本假设是针对原子稳定性提出的） 2、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E初）跃迁 到另一种定态（设能量为E终）时，它辐射（或吸收） 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 （本假设针对线状谱提出） E初 E终 h v 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不 同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的 ，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原 子核式模型提出，是能级假设的补充） 二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿 力学计算出氢原子的电子的各条可能 轨道半径和电子在各条轨道上运动时 的能量（包括动能和势能）公式： rn=n r1 2 轨道半径 ： （n=1,2,3) 能 量 ： En n2 1 E1（n=1,2,3) 式中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的 ）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的 能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电 子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫 量子数。(能量级模拟演示） 三、氢原子的能级图（演示） -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 eV nE 氢原子的能级图 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能 级。 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这 时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级， 叫做激发态。 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的 激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个 能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。 四、能级： 夫兰克赫兹实验的历史背景及意义 ： 1911年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核 式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子 核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念 ：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时 伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子 所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对 光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律 都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在 1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀 薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立)，简单而巧 妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提 供了有力的证据。 1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当 年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。 夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手 段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统 的经典实验。 (JAMES FRANCK) (GUSTAV HERTZ) 夫兰克赫兹实验的理论基础 根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续 的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值 Ei(i=1,2,3)，这些能量值称为能级。最低能级所对 应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态 。 当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就 会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子 所处两定态能级间的能量差。 (h为普朗克常数 ) 本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现 ，并满足能量选择定则： (为激发电位) 夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实 验用的是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速 电场，G与接收极A之间有减速电场。当电子在KG空间经 过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电 场，就成为电流计的电流。 实验原理： 改进的夫兰克-赫兹 管的基本结构见右图。电 子由阴极K发出，阴极K和 第一栅极G1之间的加速电 压VG1K及与第二栅极G2之 间的加速电压VG2K使电子 加速。在板极A和第二栅 极G2之间可设置减速电压 VG2A。 A V VG1K K VG2K G1 VG2A G2 电子 汞原子 A 灯丝 夫兰克赫兹管结构图 设汞原子的基态能量为E0，第一激发态的能量为E1，初速为零 的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV，具有这种 能量的