高二物理选修3-5-18.4-玻尔的原子模型-LI

1、-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=vFree+e+e以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，生的微观现象。为了解决这个矛盾，19131913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。统上，提出了玻尔理论。针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出 电

2、子在不同的轨道上运电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状动，原子处于不同的状态玻尔指出，原子在不态玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中量子化的。在这些状态中原子是稳定的。原子是稳定的。针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出能级图能级图123轨道与能级相对应轨道与能级相对应En 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）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记能量较低的定态轨道（能量记为为n n，mnm

3、n）时，会放出能量）时，会放出能量为为h h的光子（的光子（h h是普朗克常是普朗克常量），这个光子的能量由前后量），这个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称为频率条件，又称辐射条件称为频率条件，又称辐射条件 原子在始、末原子在始、末两个能级两个能级Em和和En（ EmEn ）间跃）间跃迁时发射（或吸迁时发射（或吸收）光子的频率收）光子的频率可以由前后能级可以由前后能级的能量差决定的能量差决定：nmEEhn针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出E激激发发态态基基态态（电子克服库仑引力做功增大（电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的

4、能量增加）电势能，原子的能量增加）（电子所受库仑力做正功（电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减小电势能，原子的能量减少）减少）光子的发射和吸收光子的发射和吸收nmEEhn（ EmEn ）12rnrn)6 .13(1112eVEEnEn3 , 2 , 1n(r1=0.053nm)氢原子各定态的能量值，为电子绕氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能核运动的动能E Ek k和电势能和电势能E Ep p的代数和，的代数和，因为在选无穷远处电势能为零的情况下，因为在选无穷远处电势能为零的情况下，各定态的电势能均为负值，且其大小总各定态的电势能均为负值，且其大小总大于同一定态的动能值，所以各定

5、态能大于同一定态的动能值，所以各定态能量值均为负值，因此，不能根据氢原子量值均为负值，因此，不能根据氢原子的能级公式的能级公式 得出氢原子各定态能得出氢原子各定态能量与量与n n2 2成反比的错误结论。成反比的错误结论。21nEEn说明1：（1）这里的能量指总能量这里的能量指总能量(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，原因是规定了无限，原因是规定了无限远处的电势能为零。这样越是里面轨道电势能远处的电势能为零。这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。越少，负得越多。(3)

6、(3)量子数量子数n=1n=1定态，能量值最小，电子动能最大，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，电势能越大能越小，电势能越大. .（4）跃迁时电子动能、原子电势能与原子跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化能量的变化l当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能子的电势能E Ep p减小，电子动能增大，原子减小，电子动能增大，原子能量减小反之，轨道半径增大时，原子能量减小反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增电势能增大，电子动能减小，原子能

7、量增大大 说明说明2：1 、 从高能级向低能级跃迁从高能级向低能级跃迁 发射光子发射光子以光子形式辐射出去（原子发光现象）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从低能级向高能级跃迁对于能量小于对于能量小于13.6ev的光子的光子（要么全被吸收，（要么全被吸收，要么不吸收）要么不吸收）对于能量大于或等于对于能量大于或等于13.6ev的光子的光子（电离）（电离）（1） 吸收光子吸收光子（2）吸收实物粒子能量吸收实物粒子能量 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就能被氢原子吸收全部或部分动能

8、而使氢原子向高能级跃迁高能级跃迁,多余能量仍为实物粒子动能多余能量仍为实物粒子动能。l氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现情况出现 l对于量子数为对于量子数为n的一群氢原子，向较低的激的一群氢原子，向较低的激发态或基态跃迁时，可

9、能产生的谱线条数为发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为N= 2) 1( nn说明3. 一群原子和一个原子的跃迁问题说明说明4. 跃迁与电离的问题跃迁与电离的问题 原子跃迁时不管是吸收还是辐射光原子跃迁时不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差即：的能量差即： 若想把处于某一定态上的原子的电子若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量如电离出去，就需要给原子一定的能量如基态氢原子电离，其电离能为基态氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能的光子都能被基态氢

10、原子吸收而电离，只不过入射光被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大有的动能越大 nmEEhn-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 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=1N=2N=3N=4N=5N=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。 氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱图图巴巴耳耳末末系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-

11、0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=212211nR,5 ,43，nn=6n=5n=4n=1n=3n=2（巴尔末系）HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7 巴 耳 末 公 式 R=1.10 10 里 德 伯 常 量玻尔理论玻尔理论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遇到了很大的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。否定否定建立建立否定否定建立建立否定否定建立建立出现矛盾出现矛盾否定否定建立建立出现矛盾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chEchEchE chE A. B. C. D.例例4、如图所示为氢原子的能级图，若用能量、如图所示为氢原子的能级图，若用能量为为12.75eV的光子去照射大量处于基态的氢原的光子去照射大量处于基态的氢原子，则（子，则（ ）