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第十八章原子结构 18 4玻尔的原子模型 1 教学目标 知识与技能 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 过程与方法 1 通过复习回顾和预习检查掌握知识点1 2 通过师生合作探究 问题引导掌握知识2 3 通过练习掌握知识点3 情感态度价值观1 高考重要考点 2 体会物理学发展的过程 体会逻辑推理和实验结合的研究方法 2 复习回顾 问题1 卢瑟福的核式结构模型的主要内容是什么 成功之处是什么 问题3 经典电磁理论与核心式结构的矛盾是什么 问题2 氢原子光谱的特点是什么 3 一 玻尔原子理论的基本假设 问题1 玻尔原子理论的基本假设的具体内容是什么 问题2 能级 基态 激发态 跃迁的定义是什么 4 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 即电子的轨道是量子化的 一 玻尔原子理论的基本假设 假说1 轨道量子化 新课讲授 5 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 假说2 能级 定态 假说 6 针对原子光谱是线状谱提出 假说3 频率条件 跃迁假说 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 7 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 基态 激发态 其他的能量状态 激发态 量子数 轨道与能级相对应 8 rn n2r1 En E1 n2 r1 0 053nm n 1 2 3 玻尔从上述假设出发 利用库仑定律和牛顿运动定律 计算出了氢电子可能的轨道半径和对应的能量值 二 玻尔模型对氢原子光谱的解释 9 问题3 如何由轨道半径公式推导出能量公式 问题4 随着轨道半径的增大 原子的能量是增大还是减小 电子的动能和电势能是增大还是减小 10 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 这样越是距离原子核近的轨道电势能越小 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 4 跃迁时电子动能 电势能与原子的能量变化 当轨道半径减小时 库仑引力做正功 电势能Ep减小 电子动能增大 原子的能量减小 反之 轨道半径增大时 库仑引力做负功 电势能增大 电子动能减小 原子的能量增大 请注意 11 问题5 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 巴尔末公式 12 赖曼系 紫外线 巴耳末系 可见光 帕邢系 红外线 布喇开系 逢德系 成功解释了氢光谱的所有谱线 13 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 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的动能 14 问题6 能级跃迁时一群氢原子辐射光子的频率的种类是多少种 能级跃迁时一个氢原子辐射光子的频率的种类是多少种 这两种情况一样吗 15 三 玻尔模型的局限性 问题1 玻尔原子理论的局限性是什么 问题2 正确的理论是什么 16 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 除了氢原子光谱外 在解决其他问题上遇到了很大的困难 氦原子光谱 量子化条件的引进没有适当的理论解释 17 汤姆孙发现电子 汤姆孙的西瓜模型 粒子散射实验 卢瑟福的核式结构模型 原子不可割 汤姆孙的西瓜模型 原子稳定性事实氢光谱实验 卢瑟福的核式结构模型 出现矛盾 玻尔模型 复杂 氦 原子光谱 量子力学理论 玻尔模型 出现矛盾 原子结构的认识史 出现矛盾 怎样修改玻尔模型 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 电子在某处单位