19-(1)波尔的氢原子理论
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玻尔模型(Bohr model)玻尔模型是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于氢原子结构的模型。
玻尔模型引入量子化的概念,使用经典力学研究原子内电子的运动,很好地解释了氢原子光谱和元素周期表,取得了巨大的成功。
玻尔模型是20世纪初期物理学取得的重要成就,对原子物理学产生了深远的影响。
玻尔模型的提出丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(1885—1962)20世纪初期,德国物理学家普朗克为解释黑体辐射现象,提出了量子论,揭开了量子物理学的序幕。
19世纪末,瑞士数学教师巴耳末将氢原子的谱线表示成巴耳末公式,瑞典物理学家里德伯总结出更为普遍的光谱线公式里德伯公式:其中λ为氢原子光谱波长,R为里德伯常数。
然而巴耳末公式和式里德伯公式都是经验公式,人们并不了解它们的物理含义。
1911年,英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验,提出了原子结构的行星模型。
在这个模型里,电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。
但是根据经典电磁理论,这样的电子会发射出电磁辐射,损失能量,以至瞬间坍缩到原子核里。
这与实际情况不符,卢瑟福无法解释这个矛盾。
1912年,正在英国曼彻斯特大学工作的玻尔将一份被后人称作《卢瑟福备忘录》的论文提纲提交给他的导师卢瑟福。
在这份提纲中,玻尔在行星模型的基础上引入了普朗克的量子概念,认为原子中的电子处在一系列分立的稳态上。
回到丹麦后玻尔急于将这些思想整理成论文,可是进展不大。
1913年2月4日前后的某一天,玻尔的同事汉森拜访他,提到了1885年瑞士数学教师巴耳末的工作以及巴耳末公式,玻尔顿时受到启发。
后来他回忆到“就在我看到巴耳末公式的那一瞬间,突然一切都清楚了,”“就像是七巧板游戏中的最后一块。
”这件事被称为玻尔的“二月转变”。
1913年7月、9月、11月,经由卢瑟福推荐,《哲学杂志》接连刊载了玻尔的三篇论文,标志着玻尔模型正式提出。
这三篇论文成为物理学史上的经典,被称为玻尔模型的“三部曲”。
高中物理:玻尔理论与氢原子的能级跃迁【知识点的认识】氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式:E n=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量E1=﹣13.6eV.(2)氢原子的半径公式:r n=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=0.53×10﹣10m.(3)氢原子能级图(如图)①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态﹣﹣定态.②横线左端的数字“1、2、3…”表示量子数,右端的数字“﹣13.6,﹣3.4,…”表示氢原子的能级.③相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小.④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,放出光子的能量:hν=E m﹣E n.特别提醒:能级越高,量子数越大,轨道半径越大,电子的动能越小,电势能越大,原子的能量随能级的升高而增大.【命题方向】题型一:氢原子能级跃迁问题氦原子被电离一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=﹣54.4eV,氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A.40.8eV B.43.2eV C.51.0eV D.54.4eV分析:当光子的能量和某两个能级之间的能量差相等时才能被吸收,即体现能量的量子化.解答:根据量子理论可以知道,处于基态的离子在吸收光子能量时是成份吸收的,不能积累的.因此当其它能级和基态能量差和光子能量相等时,该光子才能被吸收.A、由能级示意图可知:第2能级和基态能级差为:△E1=E2﹣E1=﹣13.6﹣(﹣54.4)=40.8eV,故A选项中光子能量能被吸收,故A错误;B、没有能级之间的能量差和B中光子能量相等,故B正确;C、第4能级和基态能级差为:△E2=E4﹣E1=﹣3.4﹣(﹣54.4)=51.0eV;故C选项中光子能量能被吸收,故C错误;D、当光子能量大于等于基态能量时,将被处于基态离子吸收并能使其电离,故选项D中的光子能量能被吸收,故D错误故选B.点评:轨道量子化和能量量子化是量子力学的基础,是近代物理学的巨大飞跃,学生要能通过简单的计算理解其意义.【解题方法点拨】1.对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁,吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足hν=E末﹣E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量hν大于或小于E末﹣E初时都不能被原子吸收.(2)原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差.(3)原子跃迁条件hν=E m﹣E n只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于光子和处于基态的氢原子作用而使氢原子电离时,只要入射光子的能量E≥13.6eV,氢原子就能吸收.对于实物粒子与原子作用使原子激发时,粒子能量大于能级差即可.2.量子数为n的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法:如果是一个氢原子,向低能级跃迁时辐射光子的可能频率种数为(n﹣1).如果是一群氢原子,向低能级跃迁时最多发出的光子种数为C.。
波尔理论中的能量问题浙江省缙云中学 潜松水 321400国家级 《考试报》浙江版 2008.12.231.玻尔理论的内容玻尔认为,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。
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。
(能量量子化)(2)原子从一种定态(能量为E 1)跃迁到另一定态(能量为E 2)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hv =E 2-E 1。
(能级跃迁)(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动.原子的定态是不连续的,因而电子的可能轨道是分立的。
(轨道量子化)玻尔理论的成功和局限(1)成功:能够引入量子的概念,提出了原子状态的假设,说明原子稳定的原因,在解释氢光谱上获得成功。
(2)局限:玻尔理论中由于保留了“轨道”等经典概念和有关向心力、牛顿力学的规律,在解释较复杂的原子光谱中,碰到了很大的困难。
2.玻尔理论中的能量(1)氢原子能量概念辨析玻尔理论中的能量量子化中所涉及的能量是指氢原子的能量,而不是核外电子的能量。
氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道,电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量,即:E n = E k +E p 。
在玻尔的原子结构模型中,由于电子绕核运动的向心力是由库仑力提供的,因此有:222n n n mv ke r r =,∴212kn n E mv 2nke ==2r 。
而系统的电势能变化根据库仑力做功来着判断:靠近核,库仑力对电子做正功,系统电势能减小;远离核,库仑力对电子做负功,系统电势能增加。
如选取电子离核处于无穷远处时系统的电势能为零,则其它状态下的系统电势能值就是负的。