人教版高中物理选修3-5:波尔原子模型
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玻尔的原子模型知识集结知识元玻尔的原子模型知识讲解玻尔的原子模型1.玻尔原子模型玻尔认为,围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值,这种现象叫做轨道量子化;不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的;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.将以上内容进行归纳,玻尔理论有三个要点:(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的.电子虽然绕核旋转,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态.可见,电子如果从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线的形状改变半径大小的,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上,玻尔将这种现象称为跃迁.2.能级在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,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.各状态的标号1,2,3,……,叫做量子数,通常用n表示.能量最低的状态叫做基态,其他状态叫做激发态,基态和各激发态的能量分别用表示.(1)氢原子的能级.对氢原子而言,核外的一个电子绕核运行时,若半径不同,则对应着的原子能量也不同,若使原子电离,外界必须对原子做功,使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚,所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高.我们把原子电离后的能量记为0,即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零,则其他状态下的能量值就是负的.(2)能级图.氢原子的能级图如图所示.注意:①由能级图可知,由于电子的轨道半径不同,氢原子的能级不连续,这种现象叫能量量子化.②原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.③原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量,而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量.无论是吸收能量还是放出能量,这个能量值不是任意的,而是等于原子发生跃迁的这两个能级问的能量差.Δx=hν,ν为发出光子的频率.④n=1对应于基态,n趋于无穷大,对应于原子的电离.3.光子的发射和吸收(1)能级的跃迁.根据玻尔模型,原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,这些状态分基态和激发态两种.其中原子在基态时是稳定的,原子在激发态时是不稳定的,当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态.注意:①原子能级跃迁时,处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态;也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态,最后回到基态.一个原子由较高能级回到基态,到底发生了几次跃迁,是不确定的.②物质中含有大量的原子,各个原子的跃迁方式也是不统一的.有的原子可能经过一次跃迁就回到基态,而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态.(2)光子的发射.由上式可以看出,能级的能量差越大,放出光子的频率就越高.(3)光子的吸收.注意:由于原子的能级是一系列不连续的值,则任意两个能级差也是不连续的,故原子只能发射一些特定频率的光子,同样也只能吸收一些特定频率的光子.但是,当光子能量足够大时,如光子能量E≥13.6e V时,则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离.4.氢原子核外电子绕核运动的轨道与其能量对应关系在氢原子中,电子围绕原子核运动,如将电子的运动轨道看做半径为r的圆周,则原子核与电子之间的库仑力为电子做匀速圆周运动所需的向心力,那么由库仑定律和牛顿第二定律,有,①电子的动能为;②电子在半径为r的轨道上所具有的电势能为;③原子的总能量就是电子的动能和电势能的代数和,即.④注意:比较可得:例题精讲玻尔的原子模型例1.如图是氢原子的能级示意图。
18.4 玻尔的原子模型(人教版)★中学物理学科核心素养玻尔原子理论的基本假设★教学难点玻尔理论对氢光谱的说明。
★教学方法老师启发、引导,学生探讨、沟通。
★教学用具:投影片,多媒体协助教学设备★课时支配1 课时★教学过程(一)引入新课依据卢瑟福的原子核式结构模型,以及经典物理学,我们知道核外的电子在库仑力的作用下将绕原子核高速旋转。
在前面的学习中,我们知道运动的电子可以形成等效电流,→又依据电流磁效应,我们可以推导出这个高速运动的电子四周会产生周期性变更的电磁场,从而向外辐射电磁波→导致原子的能量削减→,这个能量削减,我们可以看成是电子的动能削减了,那电子的动能削减了,速度就要变少,速度变小了,电子将半径减小的向心运动,最终落入原子核中,这样的话原子结构将是不稳定的。
但是事实上这个理论推导结果跟试验是不符合的,因为我们原子结构是稳定的,这是经典物理学没有方法说明的,这是第一个冲突的地方师:其次,假如做这样的向心运动,向外辐射的电磁波的能量是连续的还是分立的生:连续的师:这与试验符合吗?生:不符合,因为我们知道原子光谱是不连续的师:所以,经典的电磁理论不能说明核外的电子的运动状况和原子的稳定性.须要新的理论来说明。
老师:在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子概念的启发下,波尔于1913年把量子化这个观念应用到原子系统,提出了自己的原子结构假说。
(二)进行新课1.玻尔的原子理论(1)轨道量子化假设:原子中的电子在库仑力的作用下,绕原子核做圆周运动但是,电子轨道半径不是随意的,只有当半径大小符合肯定条件时,这样的轨道才是可能的。
即电子的轨道是量子化的。
电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射。
(2)能级(定态)假设:当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同状态,具有不同能量,所以原子能量也是量子化的。
这些量子化的能量值叫能级;原子中这些具有确定能量的稳定状态叫定态。
能量最低的状态叫基态,其他状态叫激发态。