辽宁省大连市高中物理 第十八章 原子结构 18.4 玻尔的原子模型课件 新人教版选修35.ppt

卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了 粒子的散射实验 初步建立了原子结构的正确图景 但跟经典的电磁理论发生了矛盾 知识回顾 霓虹灯 绚丽多彩的霓虹灯 第四节玻尔的原子模型 第十八章原子结构 了解玻尔原子理论的主要内容 1 知识与技能 了解能级 能量量子化以及基态 激发态的概念 通过玻尔理论的学习 进一步了解氢光谱的产生 2 过程与方法 培养我们对科学的探究精神 养成独立自主 勇于创新的精神 3 情感态度与价值观 重点玻尔原子理论的基本假设 难点玻尔理论对氢光谱的解释 一 玻尔原子理论的基本假设 1 原子核式结构跟经典电磁理论的矛盾 1 原子将是不稳定的按照经典理论 绕核加速运动的电子应该辐射出电磁波 因此它的能量逐渐减小 随着能量的减小 电子绕核运动的半径也要减小 电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核而使原子 坍塌 这样原子是不稳定的 2 大量原子的光谱将是包含一切频率的连续光谱 实际上原子是稳定的 原子光谱是由一些不连续的亮线组成的明线光谱 这些矛盾表明从宏观现象总结出的电磁理论不适用于原子产生的微观现象 为了解决这些矛盾 丹麦的物理学家玻尔提出了较好的解决办法 当时一些非凡的科学家加入到我父亲的工作中 我们小孩子也因此有了许多个叔叔 玻尔 玻尔 2 玻尔的原子模型理论的主要内容 1 玻尔理论的基础及实验依据 在卢瑟福核式结构学说的基础上普朗克的量子理论 e hv光谱学 特别是氢光谱实验中测得的各种数据 2 三个假设能级假设 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 电子虽然做加速运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫定态 跃迁假设原子从一种定态 设能量为e2 跃迁到另一种定态 设能量为e1 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hv e2 e1 若e1 e2 则hv e1 e2 它吸收一定频率的光子 若e2 e1 则hv e2 e1 它辐射能量 且能量以光子的形式辐射出去 即原子发光 可见 原子的吸能和放能都不是任意的 而为某两个能级的能量差 所以原子的光谱为线状谱 且原子线状谱中的亮线和吸收谱中的暗线一一对应 轨道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 因此电子的可能的轨道分布也是不连续的 3 能级在玻尔模型中 原子的可能形态是不连续的 因此各状态对应的能量也是不连续的 这些能量值叫做能级 能量最低的状态叫做基态 其他状态叫做激发态 原子处于基态时最稳定 处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁 4 有关氢原子中电子运动的两个公式玻尔在上述假设的基础上 利用经典电磁理论和牛顿力学 及计算出了氢的电子的各条可能轨道的半径和电子在各条轨道上运动时的能量 动能和势能 1 轨道半径公式 rn n2r1n 1 2 3 r1 0 53 10 10m代表第一条 即离核最近 可能轨道的半径 n是正整数 叫做量子数 2 能级公式 en e1 n2 n 1 2 3 e1 13 6ev 是电子在第一条轨道上运动时的能量 注意 原子的能量为电子的动能和电势能的总和 为负值 二 玻尔理论对氢光谱的能级解释 1 氢光谱的规律1885年 瑞士的中学物理教师巴耳末研究了氢光谱在可见光区的四条谱线的波长之间的关系 得到了一个经验公式 1 r 1 22 1 n2 n 3 4 5 6 其中里德伯常数r 1 097 107m 1 2 氢原子的能级图 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0ev n e 解释 当氢原子的电子从能量较高的轨道n跃迁到能量较低的轨道2时 辐射光子能量hv en e2 e1 n2 e1 22 e1 1 22 1 n2 而v c 所以1 e1 hc 1 22 1 n2 由此可知 氢原子光谱的巴耳末线系是电子从n 3 4 5 6等能级跃迁到n 2的能级时辐射出来的 各种气体原子的能级不同 跃迁时发射光子的能量各异 因此利用不同气体可以制成五颜六色的霓虹灯 霓虹灯营造出热闹的节日气氛 三 玻尔模型的局限性 1 玻尔原子理论在解释具有两个以上电子的原子光谱时 理论与实验偏离较大 2 量子力学基础上的原子理论认为 1 核外电子没有确定的轨道 玻尔的电子轨道是电子出现几率最大的地方 2 电子云 用小黑点的疏密来代表电子在各处单位体积出现的几率大小 如图 为氢原子基态的电子云 在半径r1 0 53 10 10m的一个薄的球壳中电子出现的几率最大 r1即氢原子基态的轨道半径 1 原子核式结构跟经典电磁理论的矛盾 1 原子将是不稳定的 2 大量原子的光谱将是包含一切频率的连续光谱 2 玻尔的原子模型理论的主要内容 1 玻尔理论的基础及实验依据 2 三个假设能级假设 定态假设 跃迁假设 轨道假设3 能级 氢原子的各个定态的能量值叫做它的能级 4 有关氢原子中电子运动的两个公式 1 轨道半径公式 rn n2r1n 1 2 3 r1 0 53 10 10m代表第一条 即离核最近 可能轨道的半径 n是正整数 叫做量子数 2 能级公式 en e1 n2 n 1 2 3 e1 13 6ev 是电子在第一条轨道上运动时的能量 5 氢光谱的规律氢光谱在可见光区的四条谱线的波长之间的关系 1 r 1 22 1 n2 n 3 4 5 6 其中里德伯常数r 1 097 107m 1 6 氢原子的能级图 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0ev n e 1 1999 全国 1 下列说法正确的是 a 当氢原子从n 2的状态跃迁到n 6的状态时 发射出光子b 放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间c 同一元素的两种同位素具有相同的质子数d 中子与质子结合成氘核时吸收能量 c 2 2000 全国理科综合 16 光子的能量为hv 动量的大小为hv c 如果一个静止的放射性元素的原子核在发生衰变时只发出一个 光子 则衰变后的原子核 a 仍然静止b 沿着与光子运动方向相同的方向运动c 沿着与光子运动方向相反的方向运动d 可能向任何方向运动 c 3 1997 上海一 3 氢原子的能级的能级是氢原子处于各个定态时的能量时 它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 a 氢原子的能量减小 电子的动能增加b 氢原子的能量增加 电子的动能增加c 氢原子的能量减小 电子的动能减小d 氢原子的能量增加 电子的动能减小 a 1 图3所示为氢原子的四个能级 其中为基态 若氢原子a处于激发态e2 氢原子b处于激发态e3 则下列说法正确的是 a 原子a可能辐射出3种频率的光子b 原子b可能辐射出3种频率的光子c 原子a能够吸收原子b发出的光子并跃迁道能级e4d 原子b能够吸收原子a发出的光子并跃迁道能级e4 b 2 已知氢原子的能级规律为en e1 其中e1 13 6ev n 1 2 3 现用光子能量介于10ev 12 9ev范围内的光去照射一群处于最稳定状态的氢原子 则下列说法中正确的是 a 照射光中可能被吸收的光子能量有无数种b 照射光中可能被吸收的光子能量只有3种c 可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种d 可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种 bd 3 氢原子发出a b两种频率的光 经三棱镜折射后的光路如图所示 若a光是由能级n 4向n 1跃迁时发出时 则b光可能是 a 从能级n 5向n 1跃迁时发出的b 从能级n 3向n 1跃迁时发出的c 从能级n 5向n 2跃迁时发出的d 从能级n 3向n 2跃迁时发出的 a 4 下面关于玻尔理论的解释中 不正确的说法是 a 原子只能处于一系列不连续的状态中 每个状态都对应一定的能量b 原子中 虽然核外电子不断做加速运动 但只要能量状态不改变 就不会向外辐射能量c 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 一定要辐射一定频率的光子d 原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道 并且这些轨道是不连续的 c 5 根据玻尔的原子理论 原子中电子绕核运动的半径 a 可以取任意值b 可以在某一范围内取任意值c 可以取一系列不连续的任意值d 是一系列不连续的特定值 d 1 解 根据巴末尔公式 n 5时 计算出的氢原子光谱的谱线是量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的 2 答 根据波尔理论 原子处于一系列不连续的能量状态中 原子从较高能级e2跃迁到较低能级e1时辐射的光子能量满足hv e2 e1 由于原子能级是分立的 能极差也是分立的 辐射的光子的能量也是分立的 并且有确定的频率 所以原子光谱只有一些分立的亮线 3 答 大量原子处在n 3的能级 能辐射3种频率的光 波长最短的光是从n