高中物理第十八章原子结构18.4波尔的原子模型

第十八章原子结构

第4节波尔原子模型第1页

19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界大门，物理学家依据有研究提出了关于原子结构各种模型，卢瑟福核式结构模型能够很好解释α散射试验现象，得到了许多人支持，不过与经典电磁理论发生了矛盾，也有很多人反对．历史回顾卢瑟福核式结构模型存在哪些致命弱点？第2页原子核式结构模型与经典电磁理论矛盾核外电子绕核运动辐射电磁波电子轨道半径连续变小原子不稳定辐射电磁波频率连续改变实际上：原子是稳定辐射电磁波频率只是一些确定值怎样处理这个矛盾？哪些科学家观点能够启发我们呢？第3页2、能级假设：a.电子在不一样轨道上运动时，原子处于不一样状态含有不一样能量，所以原子能量也是量子化。b.原子量子化能量值叫能级；原子中这些含有确定能量稳定状态叫定态；能量最低状态叫基态，其它状态叫激发态。（本假设是针对原子稳定性提出）3、频率条件：电子从一个定态轨道（设能量为Em）跃迁到另一个定态（设能量为En）时，它辐射（或吸收）一定频率光子，光子能量由这两种定态能量差决定，即

（本假设针对线状谱提出）Em

Enhv1、轨道量子化：围绕原子核运动电子轨道半径只能是一些分立数值，即电子轨道是量子化。（针对原子核式模型提出，是能级假设补充）一、玻尔原子理论基本假设（1913年玻尔提出）第4页轨道半径：能量：（n=1,2,3……)式中r1=0.53×10-10

、E1=-13.6ev分别代表第一条（即离核最近）可能轨道半径和电子在这条轨道上运动时能量，rn、En

分别代表第n条可能轨道半径和电子在第n条轨道上运动时能量（包含动能和势能）

，n是正整数，叫量子数。二、玻尔理论对氢光谱解释思索：

比较和，利用波长和频率关系，试推导氢原子能级表示式。怎样解释你得到结论？氢原子中电子可能轨道半径和对应能量

第5页－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基态激发态赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系普丰德系2、氢原子能级图第6页n=6n=5n=4n=1n=3n=2依据：E=hv，λ=c/v又Eδ=1.89eV=3.03×10-19J所以，λ

δ=hc/Eδ=6.63×10-34×3.0×10-8

/

3.03×10-19J=6.57×10-7(m)（巴尔末系）HδHγHβHα第7页HδHγHβHαn=4n=6n=5n=1n=3n=2巴尔末系氢吸收光谱第8页玻尔理论处理了原子稳定性和辐射频率条件问题，不过也有它不足．在处理核外电子运动时成功引入了量子化观念同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和相关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在处理其它问题上碰到了很大困难．三、玻尔模型不足氦原子光谱量子化条件引进没有适当理论解释。第9页夫兰克—赫兹试验历史背景及意义：

1911年，卢瑟福依据α粒子散射试验，提出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说利用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违反两个主要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波吸收和发射，电磁波频率大小取决于原子所处两定态能级间能量差。伴随英国物理学家埃万斯对光谱研究，玻尔理论被确立。不过任何主要物理规律都必须得到最少两种独立试验方法验证。随即，在1914年，德国科学家夫兰克和他助手赫兹采取电子与稀薄气体中原子碰撞方法(与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级存在，从而为玻尔原子理论提供了有力证据。科学足迹第10页1925年，因为他二人卓越贡献，他们取得了当年诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克-赫兹试验至今仍是探索原子内部结构主要伎俩之一。所以，在近代物理试验中，仍把它作为传统经典试验。(JAMESFRANCK)(GUSTAVHERTZ)第11页夫兰克—赫兹试验理论基础

依据玻尔原子理论，原子只能处于一系列不连续稳定状态之中，其中每一个状态对应于一定能量值Ei(i=1,2,3‥)，这些能量值称为能级。最低能级所对应状态称为基态，其它高能级所对应态称为激发态。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间能量差。(h为普朗克常数)

本试验中是利用一定能量电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：

(Ｖ为激发电位)第12页夫兰克-赫兹试验玻璃容器充以需测量气体，本试验用是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速电场，G与接收极A之间有减速电场。当电子在KG空间经过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计电流。第13页第14页试验原理：

改进夫兰克-赫兹管基本结构见右图。电子由阴极K发出，阴极K和第一栅极G1之间加速电压VG1K及与第二栅极G2之间加速电压VG2K使电子加速。在板极A和第二栅极G2之间可设置减速电压VG2A。μAVVG1KKVG2KG1VG2AG2电子汞原子A灯丝夫兰克—赫兹管结构图第15页

设汞原子基态能量为E0，第一激发态能量为E1，初速为零电子在电位差为V加速电场作用下，取得能量为eV，含有这种能量电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eV<E1-E0时，电子能量几乎不损失。假如eV≥E1-E0=ΔE，则汞原子从电子中取得能量ΔE，而由基态跃迁到第一激发态，ΔE=eVC。对应电位差VC即为汞原子第一激发电位。在试验中，逐步增加VG2K，由电流计读出板极电流IA，得到以下列图所表示改变曲线.图2-2-4夫兰克—赫兹管IA～VG2K曲线oIAacbdeV1V2V3V4V5V6(uA)VG2Ko第16页1、对玻尔理论以下说法中，正确是（）

A、继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

B、对经典电磁理论中关于“做加速运动电荷要辐射电磁波”观点表示赞同

C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量改变之间定量关系

D、玻尔两个公式是在他理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来ACD课堂练习第17页2、下面关于玻尔理论解释中，不正确说法是（）A、原子只能处于一系列不连续状态中，每个状态都对应一定能量B、原子中，即使核外电子不停做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C、原子从一个定态跃迁到另一个定态时，一定要辐射一定频率光子D、原子每一个能量状态都对应一个电子轨道，而且这些轨道是不连续C第18页3、依据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则以下说法中正确是（）A.电子轨道半径越大B.核外电子速率越大C.氢原子能级能量越大D.核外电子电势能越大4、依据玻尔原子理论，原子中电子绕核运动半径（）A.能够取任意值B.能够在某一范围内取任意值C.能够取一系列不连续任意值D.是一系列不连续