第四节 玻尔的原子模型课件

1、18-4.18-4.波尔的原子模型波尔的原子模型学习目标: 1、了解玻尔理论产生的背景； 2、理解和掌握玻尔理论内容、意义； 3、理解定态（基态和激发态）、量子化、能级、跃迁的概念，理解氢原子的能级图。一、玻尔提出原子模型的背景： 卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a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。 1、原来，电子没有被库仑力吸引到核上，它一定是以很大的速度绕核运动，就象行星绕着太阳运动那样。按照经典理论，绕核运动的电子应该辐射出电磁波，因此它的能量要逐渐减少。随着能量的减少，电子绕核运行的轨道半径也要减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就

2、像绕地球运动的人造卫星受到上层大气阻力不断损失能量后要落到地面上一样。 这样看来，原子应当是不稳定的，然而实际上并不是这样。 2、同时，按照经典电磁理论，电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频率，随着运行轨道半径的不断变化，电子绕核运行的频率要不断变化，因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。 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年玻尔玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普郎克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。二、玻尔理论的主要内容： 1、原子只能处

3、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。 2、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E初 E终. h v= 3、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。玻尔玻尔（18851962）4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1轨道假设轨道假设4 3 2 1h=E初初 E未未21nEEn=rn=n2r1 三、

4、玻尔计算出氢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=n2 r1轨道半径：（n=1,2,3)能 量： （n=1,2,3) 式中r1 ( r1 =0.531010m )、E1 ( E1=13.6eV)、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。21nEEn=四、氢原子的能级图：-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE 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

5、，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。五、能级：电子云电子云氢原子各定态的能量值，为电子绕氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能核运动的动能E Ek k和电势能和电势能E Ep p的代数和，的代数和，因为在选无穷远处电势能为零的情况下，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，所以各定态能大于同一定态的

6、动能值，所以各定态能量值均为负值，因此，不能根据氢原子量值均为负值，因此，不能根据氢原子的能级公式的能级公式 得出氢原子各定态能得出氢原子各定态能量与量与n n2 2成反比的错误结论。成反比的错误结论。21nEEn说明1：（1）这里的能量指总能量这里的能量指总能量(即即E=Ek+Ep)例如：例如：E1=-13.6eV 实际上，其中实际上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。（2）这里的电势能）这里的电势能Ep0，原因是规定了无限，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。越少，负得越多。(3)(3)量子数量子数

7、n=1n=1定态，能量值最小，电子动能最大，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，电势能越大能越小，电势能越大. . 说明说明2：1 、 从高能级向低能级跃迁从高能级向低能级跃迁 发射光子发射光子以光子形式辐射出去（原子发光现象）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从低能级向高能级跃迁对于能量小于对于能量小于13.6ev的光子的光子（要么全被吸收，（要么全被吸收，要么不吸收）要么不吸收）对于能量大于或等于对于能量大于或等于13.6ev的光子的光子（电离）（电离）（1） 吸收光子吸收光子（

8、2）吸收实物粒子能量吸收实物粒子能量 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高能级跃迁,多余能量仍为实物粒子动能多余能量仍为实物粒子动能。n氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个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，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

9、些原子的核外电子跃迁时大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现就会有各种情况出现 l对于量子数为对于量子数为n的一群氢原子，向较低的激的一群氢原子，向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为N= 2) 1( nn说明3. 一群原子和一个原子的跃迁问题说明说明4. 跃迁与电离的问题跃迁与电离的问题 原子跃迁时不管是吸收还是辐射光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子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差即：的能量差即： 若想把处于某一定态上的原子的电子电离若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要

10、给原子一定的能量如基态出去，就需要给原子一定的能量如基态氢原子电离，其电离能为氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要，只要能量等于或大于能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的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能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大动能越大 nmEEh达标练习：1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ） A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点提出了异议 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ABCD2、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ）A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大3、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