18.4波尔的原子模型.ppt

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1、2-4 波尔的原子模型 能级轨道假设轨道假设4 3 2 14 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设回顾科学家对原子结构的认识史回顾科学家对原子结构的认识史汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的枣糕模型汤姆孙的枣糕模型不能解释不能解释粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型存在困难：原子的稳定性存在困难：原子的稳定性原子光谱的分立特征原子光谱的分立特征 4 3 2 1 E4E3E2E1能级假设能级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末末En=rn=n2r1玻尔玻尔（18851962）针对原子核式结构模型提出

2、针对原子核式结构模型提出围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某些些些些分立分立的数值的数值的数值的数值。且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上绕核的转动是绕核的转动是绕核的转动是绕核的转动是稳定的稳定的稳定的稳定的，不产生电磁辐射不产生电磁辐射不产生电磁辐射不产生电磁辐射m rv能级：量子化的能量值能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态定态：原子中具有确定能量的稳定状态量量子子数数基基态态：能能量量最最低低的的状状态态（离离核核最最近近）基

3、基基基态态态态激激发发态态：其其他他的的状状态态激发态激发态激发态激发态能级图能级图轨道图轨道图1 1 1 12 2 2 23 3 3 3针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出n EmEn针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出 当电子从能量较高的定态轨当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为道（其能量记为m m）跃迁到能）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为量较低的定态轨道（能量记为n n，mnmn）时，会放出能量为）时，会放出能量为h h的光子（的光子（h h是普朗克常量），是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，级的能量差决定，即即h h

4、m m-n n称为频率条件，又称辐射条件称为频率条件，又称辐射条件基基态态激激发发态态跃迁跃迁（电子克服库仑引力做功增大电势能，（电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加）原子的能量增加）吸收光子吸收光子（电子所受库仑力做正功减小电势能，（电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少）原子的能量减少）辐射光子辐射光子光子的发射和吸收光子的发射和吸收吸收（辐射）光子的能量由前后吸收（辐射）光子的能量由前后两个能级的能量差决定，两个能级的能量差决定，即即h hm m-n n玻尔理论的主要内容：玻尔理论的主要内容：1 1、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、原

5、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，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态定态。2 2、原子从一种定态（设能量为、原子从一种定态（设能量为E E初初）跃迁到另一种定态（设能量为）跃迁到另一种定态（设能量为E E终终）时，它）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初初 E终终.h v=3 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、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动

6、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。是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。为什么氢光谱是线状光谱？n=4n=3n=2n=1吸收能量释放能量氢原子从一个电子层跃迁到另一个电子层时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放一定波长的光，所以得到线状光谱二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释n n：电子脱电子脱电子脱电子脱离核束缚离核束缚离核束缚离核束缚1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/E/eVeV氢原子能级图氢原

7、子能级图氢原子能级图氢原子能级图-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/E/eVeV 基态基态基态基态激激激激发发发发态态态态赖曼系赖曼系赖曼系赖曼系巴巴巴巴耳耳耳耳末末末末系系系系帕帕帕帕邢邢邢邢系系系系布布布布喇喇喇喇开开开开系系系系普普普普丰丰丰丰德德德德系系系系二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释氢氢原原子子能能级级图图1、向低轨道跃迁、向低轨道跃迁1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/E/eVeV处于激发态的原子处于激

8、发态的原子处于激发态的原子处于激发态的原子是不是不是不是不稳定的稳定的稳定的稳定的,可可可可自发自发自发自发地经过一地经过一地经过一地经过一次或几次跃迁达基态次或几次跃迁达基态次或几次跃迁达基态次或几次跃迁达基态跃迁时发射光子的能量：跃迁时发射光子的能量：跃迁时发射光子的能量：跃迁时发射光子的能量：发射光子发射光子发射光子发射光子光子的能量必须光子的能量必须光子的能量必须光子的能量必须等于等于等于等于能级差能级差能级差能级差二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释2 2、向高轨道跃迁、向高轨道跃迁、向高轨道跃迁、向高轨道跃迁1 12 23 34 45 5 n n量子数量子数量子数量

9、子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E/E/eVeV吸收吸收吸收吸收光子光子光子光子光子的能量必须光子的能量必须光子的能量必须光子的能量必须等于等于等于等于能级差能级差能级差能级差使原子电离，破坏了原子结构，不再使原子电离，破坏了原子结构，不再使原子电离，破坏了原子结构，不再使原子电离，破坏了原子结构，不再符合频率条件符合频率条件符合频率条件符合频率条件电子吸收能量克服核的引力，脱离原电子吸收能量克服核的引力，脱离原电子吸收能量克服核的引力，脱离原电子吸收能量克服核的引力，脱离原子，变成自由电子的现象子，变成自由电子的现象子

10、，变成自由电子的现象子，变成自由电子的现象-电离电离电离电离跃迁条件：跃迁条件：跃迁条件：跃迁条件：电离条件：电离条件：电离条件：电离条件：跃迁时吸收光子的能量：跃迁时吸收光子的能量：跃迁时吸收光子的能量：跃迁时吸收光子的能量：二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化1.1.当当n n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。2.2.当当n n增大即轨道半径增大时

11、。库伦力做负功，电子动能减小、增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。玻尔理论玻尔理论成功成功成功成功的解释并预言了氢原子辐射的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的的电磁波的问题，但是也有它的局限性局限性在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时成功引入了成功引入了量子化量子化量子化量子化的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、粒子、轨道轨道”等等经典概念经典概念和和有关有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上

12、遇到了很大的困难困难困难困难三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的量子化条件的引进没有适当引进没有适当的理论解释。的理论解释。怎样修改玻尔模型？怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念？思想：必须彻底放弃经典概念？关键：用电子云概念取代经典的轨道概念关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积内出现的概率电子云电子云小结：小结：1）轨道量子化假说）轨道量子化假说 2）能量量子化假说）能量量子化假说 3）跃迁假说：）跃迁假说：验证：氢原子光谱验证：氢原子光谱 弗兰克弗兰克赫兹实验赫兹实验rn=n2r1En=E1/n2玻

13、尔的原子结构假说：玻尔的原子结构假说：电子云电子云 1 1、能级能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。级。2 2、基态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。3 3、激发态激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。叫做激发态。4 4、原子发光现象原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的：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，这个激发态或基态跃迁的过程，是

14、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。能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。能级：能级：n5、注意：从高能级向低能级跃迁时放出光子；、注意：从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞、加热等方式来传递能量）。可能是由于碰撞、加热等方式来传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。

15、（如在基态，可以吸收（如在基态，可以吸收E 13.6eV的任何光的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。离出去的电子的动能）。若由于碰撞原子从低能级向高能级跃迁时，若由于碰撞原子从低能级向高能级跃迁时，碰撞粒子的动能必须大于或等于两能级间的能碰撞粒子的动能必须大于或等于两能级间的能量差。量差。弗兰克弗兰克赫兹实验。赫兹实验。例例2 2、（、（0707年天津卷）年天津卷）图为氢原子能级的示意图，图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关

16、于这些光下级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是（列说法正确的是（）最容易表现出衍射现象的光是由能级跃最容易表现出衍射现象的光是由能级跃到能级产生的到能级产生的频率最小的光是由能级跃迁到能频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的级产生的这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光用能级跃迁到能级辐射出的光照用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为射逸出功为6.346.34的金属铂能发生光电效应。的金属铂能发生光电效应。DCD例例5 5、现有现有12001200个氢原子被激发到量子数为个氢原子被激发到量子数为4 4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到的能

17、级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n n的激发态的氢原子跃的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 。A.1200 B.2000 C.2200 D.2400A.1200 B.2000 C.2200 D.2400解：解：画出示意图，分步计算，不难得出结论画出示意图，分步计算，不难得出结论400400个，个，400400个，个，400400个，个，200200个，个，200200个，个，200200个，个，400400个，共个，共22002200个。个。解：解：铬原子从铬原子从n=n=2 2能级跃迁到能级跃迁到n=n=1 1能级放能能级放能E E2 2-E E1 1=3=3A A/4/4，从，从n=n=4 4能级上电离的电离能能级上电离的电离能是是A A/16/16，因此剩余的动能是，因此剩余的动能是3 3A A/4-/4-A A/16=11/16=11 A A/16/16。选。选C C。