18.4《玻尔的原子模型》 课件

n=1
-13.6 eV
1
巴尔末公式：
1 R( 22
1 n2
) n
3，4,
5,
L
R=1.10 107m1
Hα
Hβ
Hγ
Hδ
H
n=1 n=2 n=3 n=4
n=5 n=6
1
1 R( 22
1 n2
)
n 3，4, 5, L
R=1.10 107m1
1. 从高能级向低能级跃迁 发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。
5. 一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，
只能发出频率为 ν1、ν2、 ν3 的三种光子，且 ν1 > ν2 >
ν3 ，则 ( AC )
A. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν1 B. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν2
C. ν1 = ν2+ ν3 D. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν1+ hν2+ hν3
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题， 但是也有它的局限性
在解决核外电子的运动时 成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨 道”等经典概念和有关牛 顿力学规律
量子化条件的引进没 有适当的理论解释
氦原子光谱
除了氢原子光谱外，在解决其 他问题上遇到了很大的困难
? α汤原粒氢姆子子光孙稳发散定谱思关现射性实想 键实电事验怎验子实： ：样必 用修须 电观察与实验所获得的事实否否否彻子改定 定定底云玻放概尔弃念模原汤 卢 式经取瓜子姆 结瑟型典代模不孙 构福？经概型可的 模的典念割西 型核 的轨出出道现建建 建建立科学模型提出科学假说现矛概矛立立立盾念盾
2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E 的轨道跃迁 到能量为 Eʹ 的轨道，辐射出波长为 λ 的光，以 h 表示普
朗克常量，c 表示真空中的光速，则 Eʹ 等于 ( C )
A. E h
c C. E h c
B. E h
c D. E h c
3. 欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施
➢ 能级：量子化的能量值。 ➢ 定态：原子中具有确定能量的稳定状态。
基态：能量最低的状态(离核最近) 激发态：其他的状态
n
5 4
量3 子2 数
1
E∞ E5
激
E4 发 E3 态
E2
E1 基态
轨
道
与
能
1
级
2
相
3对
应
假说3：频率条件(跃迁假说)
n
E∞
5
E5
4
E4
3
E3
2
E2
针对原子光谱是 线状谱提出
原子在始、末两个能 级 Em 和 En ( Em>En ) 间 跃迁时，发射 (或吸收) 光子的频率可以由前后 能级的能量差决定：
3. 一群原子和一个原子的跃迁问题 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。
对于量子数为 n 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 N = n(n−1)/2。
2
−3.4
+
N=1 帕邢系（红外线）
N=2
N=3
布喇开系
N=4
N=5
逢德系
N=6
1
成功解释了氢光谱 的所有谱线
−13.6
巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数
n 来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？
n=
n=5 n=4
0
-0.54 eV -0.85 eV
n=3
巴
耳
n=2
末
系
-1.51 eV -3.40 eV
1．知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 2．了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。 3．能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。 4．了解玻尔模型的不足之处及其原因。
本节是本章内容的重点章节，也是难点。玻尔理论的内容不 易理解，介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理 论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出 玻尔理论的内容，简洁明了，学生容易接受。关于氢原子核外电 子跃迁时的辐射（或吸收）光子问题，可根据不同层次学生选定 难度。玻尔理论的局限性，学生了解即可。
6. 有1200 个都处于 n = 4 能级的氢原子，最终都处于基 态，那么他们发出光子的总数是多少？设处于第 n 能级 的原子向各低能级跃迁的原子数是处于 n 能级原子数的 1/(n−1) 倍。
2200
1
E1
h Em En
基
电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加
激
吸收光子
跃迁
辐射光子 发
态
电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少
态
h Em En
( Em > En )
玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定 律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量
rn = n2r1 r1 = 0.053 nm En = E1/n2 （n = 1，2，3，···） E1 = −13.6 eV
4. 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道 半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小， 电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时， 原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。
赖曼系（紫外线）
∞n－－－－－－－－－E0/eV
5
−0.54
4
−0.85
3
−1.51
巴耳末系（可见光）
是 ( ACD )
A. 用 10.2 eV 的光子照射 B. 用 11 eV 的光子照射 C. 用 14 eV 的光子照射 D. 用 11 eV 的电子碰撞
4. 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75 eV 的
光子去照射大量处于基态的氢原子，则 ( AD )
A. 氢原子能从基态跃迁到 n = 4 的激发态上去 B. 有的氢原子能从基态跃迁到 n = 3 的激发态上去 C. 氢原子最多能发射 3 种波长不同的光 D. 氢原子最多能发射 6 种波长不同的光
认 小，最终落在原子核上,
为 而使原子变得不稳定
事 原子是稳定的
实
e
e +
v
e
+F
r
e
经 典 由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率 理 等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是 论 连续光谱 认 为
事 原子光谱是不连续 实 的，是线状谱
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年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说 的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提 出了玻尔理论。
本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了 氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子 化，“弗兰克-赫兹”实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明 不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。
经 电子绕核运动将不断向外
典 理
辐射电磁波，电子损失了
论 能量，其轨道半径不断缩
假说1：轨道量子化
针对原子核式结构模型提出
围绕原子核运动的电子
轨道半径只能是某些分立的
数值。且电子在这些轨道上
绕核的转动是稳定的，不
产生电磁辐射，也就是说， 电子的轨道是量子化的。
分立轨道
假说2：能级(定态)假说
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上运动， 原子处于不同的状态。玻尔指 出，原子在不同的状态中具有 不同的能量，所以原子的能量 也是量子化的。在这些状态中 原子是稳定的。
2. 从低能级向高能级跃迁 (1) 吸收光子 对于能量大于或等于13.6eV的光子(电离)；对于能量小于 13.6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收)。 (2) 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，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，多余 能量仍为实物粒子动能。
1. 这里的能量指总能量 (即 E = Ek + Ep ) 例如：E1=−13.6 eV，其中 Ek1 = 13.6 eV，Ep1 = −27.2 eV。
2. 这里的电势能 Ep＜0，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越少，负得越多。
3. 量子数 n = 1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，电子动能越小，电势能越大。
汤姆孙的西 瓜模型
卢瑟福的核 式结构模型
玻尔模型
出现矛盾ห้องสมุดไป่ตู้
复杂（光氦谱）原电子子在某处否单定位体积内玻出尔现模型的概率 —建电立子云
量子力学 理论
1. 按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃 迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确
的是 ( D )
A. 电子的动能变大，电势能变大，总能量变大 B. 电子的动能变小，电势能变小，总能量变小 C. 电子的动能变小，电势能变大，总能量不变 D. 电子的动能变小，电势能变大，总能量变大