浙江省桐乡市高考物理一轮复习 玻尔的原子模型课件

1、 （1）、能级（定态）假设：、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不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。（本假设是针对原子稳定性提出的）（本假设是针对原子稳定性提出的） （2）、跃迁假设：）、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为原子从一种定态（设能量为Em） 跃迁到另一种定态（跃迁到另一种定态（设能量为设能量为En）时，它辐射（或吸时，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收）一定频率的光子，光子

2、的能量由这两种定态的能 量差决定，即量差决定，即 h=Em- En （本假设针对线状谱提出）本假设针对线状谱提出） （3 3）、轨道量子化假设：）、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电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。原子的定态是子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。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。不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。 （针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充） 一、玻尔原子理论的基本假设：一、玻尔原子理论的基本假设： 轨道半径：轨道半径：（n=1,2,3) 能能 量：量：

3、 （n=1,2,3) 式中式中r1=0.053nm、E1=-13.6eV、分别代表第一条分别代表第一条 （即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨 道上运动时的能量，道上运动时的能量，rn、En 分别代表第分别代表第n条可能轨条可能轨 道的半径和电子在第道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，条轨道上运动时的能量，n 是正整数是正整数，叫，叫量子数量子数。 1 2r nrn 1 2 1 E n En * *1 1、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力玻尔根据经典电磁理论和牛顿力 学计算出氢原子的电子的各条可能轨学计算出氢原子的电子的各条可能轨 道半径和电

4、子在各条轨道上运动时的道半径和电子在各条轨道上运动时的 能量（包括动能和势能）公式：能量（包括动能和势能）公式： 1 1、能级：、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级能级。 2、能级：、能级： 2 2、基态和激发态：、基态和激发态：在正常状态下，原子处于最低能级，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，这种定态叫这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态基态； 除基态以外的能量较高的其他能级，叫做除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。激发态。 3 3、原子吸收能量和辐射能量：、原子吸收能量和辐射能量：原子从基态向激发态原

5、子从基态向激发态 跃迁的过程，是跃迁的过程，是吸收能量的过程吸收能量的过程；原子从较高的激发态原子从较高的激发态 向较低的激发态或基态跃迁的过程，是向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程辐射能量的过程， 这个能量以光子的形式辐射出去，这就是这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象原子发光现象。 4 4、原子无论吸收或辐射能量，这个、原子无论吸收或辐射能量，这个能量都不能是任能量都不能是任 意的，只能等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差意的，只能等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差。 -13.6 -3.40 -1.51 -0.85 -0.54 0 nE/ eV 二、玻尔理论对氢

6、光谱的解释 氢原子能级图氢原子能级图 赖曼系赖曼系 巴耳末系巴耳末系 帕邢系帕邢系 1 2 3 4 -13.6 n -3.40 -1.51 -0.85 0 E/eV 氢原子的光谱氢原子的光谱 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 nE/eV 赖曼系（紫外线）赖曼系（紫外线） 巴耳末系（可见光）巴耳末系（可见光） 帕邢系（红外线）帕邢系（红外线） 布喇开系布喇开系 逢德系逢德系 N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 轨道与能级相对应轨道与能级相对应 成功解释了氢光谱的所有谱线。成功解释了氢光谱的所有谱线。 说明：说明： （1）这里的能量指总能量这里的能量指总能量

7、(即即E=Ek+Ep) 例如：例如：E1=-13.6eV 实际上，其中实际上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。 （2）这里的电势能）这里的电势能Ep0，原因是规定了原因是规定了 无限远处的电势能为零。这样越是里面轨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。道电势能越少，负得越多。 夫兰克夫兰克赫兹实验的历史背景及意义：赫兹实验的历史背景及意义： 19111911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核粒子散射实验，提出了原子核 式结构模型。式结构模型。19131913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子 核式结

8、构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念： 原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴 随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所 处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光 谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都 必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在

9、19141914 年，德国科学家弗兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气年，德国科学家弗兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气 体中原子碰撞的方法体中原子碰撞的方法( (与光谱研究相独立与光谱研究相独立) )，简单而巧妙地，简单而巧妙地 直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了 有力的证据。有力的证据。 (JAMES FRANCK) (GUSTAV HERTZ) 1925 1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得年，由于他二人的卓越贡献，他们获得 了当年的诺贝尔物理学奖（了当年的诺贝尔物理学奖（19261926年于德国洛丁年于德国洛丁 根补

10、发）。弗兰克根补发）。弗兰克- -赫兹实验至今仍是探索原赫兹实验至今仍是探索原 子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物 理实验中，仍把它作为传统的经典实验。理实验中，仍把它作为传统的经典实验。 *夫兰克夫兰克赫兹实验的理论基础赫兹实验的理论基础 根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续 的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值 E Ei i(i(i=1,2,3=1,2,3) )，这些能量值称为能级。最低能级所对，这些能量值称为能级。最低能级所对 应的

11、状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。 当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就 会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子 所处两定态能级间的能量差。所处两定态能级间的能量差。 mn EEhv(h为普朗克常数为普朗克常数) 本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能 量而实现，并满足能量选择定则：量而实现，并满足能量选择定则： mn EEeU (U为激发电位为激发电位) 弗兰克弗兰克赫兹实

12、验赫兹实验 弗兰克弗兰克- -赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实 验用的是汞。电子由阴级验用的是汞。电子由阴级K K发出，发出，K K与栅极与栅极G G之间有加速之间有加速 电场，电场，G G与接收极与接收极A A之间有减速电场。当电子在之间有减速电场。当电子在KGKG空间经空间经 过加速、碰撞后，进入过加速、碰撞后，进入KGKG空间时，能量足以冲过减速电空间时，能量足以冲过减速电 场，就成为电流计的电流。场，就成为电流计的电流。 *实验原理：实验原理： 改进的弗兰克改进的弗兰克- -赫兹赫兹 管的基本结构见右图。管的基本结构见右图。 电子由阴极电子由

13、阴极K K发出，阴发出，阴 极极K K和第一栅极和第一栅极G1G1之间之间 的加速电压的加速电压U UG1K G1K及与第 及与第 二栅极二栅极G G2 2之间的加速电之间的加速电 压压U UG2K G2K使电子加速。在 使电子加速。在 板极板极A A和第二栅极和第二栅极G G2 2之间之间 可设置减速电压可设置减速电压U UG2A G2A。 。 A U UG1K K UG2K G1 UG2A G2 电子电子 汞原子汞原子 A 灯丝灯丝 夫兰克夫兰克赫兹管结构图赫兹管结构图 设汞原子的基态能量为设汞原子的基态能量为E E0 0，第一激发态的能量为，第一激发态的能量为E E1 1，初速为零，初速为零 的电子在电位差为的电子在电位差为U U的加速电场作用下，获得能量为的加速电场作用下，获得能量为eUeU