第十八章原子结构4节玻尔的原子模型

1、1知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。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。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。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。了解玻尔模型的不足之处及其原因。 本节是本章内容的重点章节，也是难点。玻尔理论的内容不本节是本章内容的重点章节，也是难点。玻尔理论的内容不易理解，介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理易理解，介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出论之间

2、的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出玻尔理论的内容，简洁明了，学生容易接受。关于氢原子核外电玻尔理论的内容，简洁明了，学生容易接受。关于氢原子核外电子跃迁时的辐射（或吸收）光子问题，可根据不同层次学生选定子跃迁时的辐射（或吸收）光子问题，可根据不同层次学生选定难度。玻尔理论的局限性，学生了解即可。难度。玻尔理论的局限性，学生了解即可。 本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子化，化，“弗兰克弗兰克-赫兹赫兹

3、”实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。电子绕核运动将不断向外电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道能量，其轨道半径不断缩半径不断缩小，小，最终落在原子核上最终落在原子核上, ,而使原子变得而使原子变得不稳定不稳定e+e+vFree原子是稳定的原子是稳定的卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频

4、率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱连续光谱原子光谱是不连续原子光谱是不连续的，是的，是线状谱线状谱卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾 以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理以上矛盾表明，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生的微观现象。为了解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，决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说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统上，提的基础上，把普朗克的量子理论

5、运用到原子系统上，提出了玻尔理论。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 围绕原子核运动的电子围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些轨道半径只能是某些分立分立的的数值。且电子在这些轨道上数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是绕核的转动是稳定的稳定的，不，不产生电磁辐射，也就是说，产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。电子的轨道是量子化的。一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设假说假说1：轨道量子化：轨道量子化针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。玻尔指原子处于不同的状态。玻尔指出

6、，原子在不同的状态中具有出，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。原子是稳定的。假说假说2：能级：能级(定态定态)假说假说 能级：能级：量子化的能量值。量子化的能量值。 定态：定态：原子中具有确定能量的稳定状态。原子中具有确定能量的稳定状态。基态：能量最低的状态基态：能量最低的状态(离核最近离核最近)基态基态激发态：其他的状态激发态：其他的状态激激发发态态量量子子数数123轨轨道道与与能能级级相相对对应应E412345E1E3E2E5En针对原子光谱是针对原子光谱是线状谱提出线状谱提出假说假说

7、3：频率条件：频率条件(跃迁假说跃迁假说)E412345E1E3E2E5En 原子在始、末两个能原子在始、末两个能级级 Em 和和 En ( EmEn ) 间间跃迁时，发射跃迁时，发射 (或吸收或吸收) 光子的频率可以由前后光子的频率可以由前后能级的能量差决定：能级的能量差决定：mnhEE 激激发发态态跃跃 迁迁电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加吸收光子电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少辐射光子辐射光子基基态态mnhEE ( Em En ) rn = n2r1En = E1/n2

8、r1 = 0.053 nm （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，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量二、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。这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。 量子数量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小；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

9、越大，电子动能越小，电势能越大量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道：当轨道 半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，电子动能增大，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，原子能量增大。原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。12345 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

10、喇开系布喇开系逢德系逢德系N=1N=2N=3N=4N=5N=6成功解释了氢光谱成功解释了氢光谱的所有谱线的所有谱线+ +巴巴耳耳末末系系- -13.6 eV- -3.40 eV- -1.51 eV- -0.85 eV- -0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n= 巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数出现，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？来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？22111()3 4, 5,2Rnn ，巴尔末公式：巴尔末公式：1mR 7 7= =1 1. .1 10 01 10 0n=6n=5n=4n

11、=1n=3n=21mR 7 7= =1 1. .1 10 01 10 0HHHHH22111()23 4, 5,Rnn ，从从高高能级向能级向低低能级跃迁能级跃迁 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. 从从低低能级向能级向高高能级跃迁能级跃迁(1) 吸收光子吸收光子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)；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，要么不吸收要么全被吸收，要么不吸收)。(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，就能被氢只要实物

12、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动能。能量仍为实物粒子动能。 玻尔理论玻尔理论的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，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的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、轨粒子、轨道道”等等经典概念经典概念和有关和有关牛牛顿力学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

13、大的三、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引进没量子化条件的引进没有适当的理论解释有适当的理论解释汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型原子不可割原子不可割汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型复杂（氦）原子复杂（氦）原子光谱光谱量子力学量子力学理论理论玻尔模型玻尔模型否否 定定建建 立立否否 定定建建 立立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1. 按照波尔

14、理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是的是 ( ) A. 电子的动能变大，电势能变大，总能量变大电子的动能变大，电势能变大，总能量变大 B. 电子的动能变小，电势能变小，总能量变小电子的动能变小，电势能变小，总能量变小 C. 电子的动能变小，电势能变大，总能量不变电子的动能变小，电势能变大，总能量不变 D. 电子的动能变小，电势能变大，总能量变大电子的动能变小，电势能变大，总能量变大D2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为根据玻尔理论，某原子的电子

15、从能量为 E 的轨道跃迁的轨道跃迁到能量为到能量为 E 的轨道，的轨道，辐射出波长为辐射出波长为 的光，以的光，以 h 表示普表示普朗克常量，朗克常量，c 表示真空中的光速，则表示真空中的光速，则 E 等于等于 ( ) B. C. D.CEhc Ehc cEh cEh 3. 欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是是 ( ) A. 用用 10.2 eV 的光子照射的光子照射 B. 用用 11 eV 的光子照射的光子照射 C. 用用 14 eV 的光子照射的光子照射 D. 用用 11 eV 的电子碰撞的电子碰撞ACDAD4. 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75 eV 的的光子去照射大量处于基态的氢原子，则光子去照射大量处于基态的氢原子，则 ( ) A. 氢原子能从基态跃迁到氢原子能从基态跃迁到 n = 4 的激发态上去的激发态上去 B. 有的氢原子能从基态跃迁到有的氢原子能从基态跃迁到 n = 3 的激发态上去的激发态上去 C. 氢原子最多能发射氢原子最多能发射 3 种波长不同的光种波长不同的光 D. 氢原子最多能发射氢原子