高中物理 2.4波爾原子模型課件 教科版選修3-5.ppt

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玻爾的原子模型,湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子,,,1、圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的（電子的軌道是量子化的），不產(chǎn)生電磁輻射。,2、原子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)．波爾指出，原子的不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的,1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō),玻爾,軌道量子化假說(shuō),能量量子化假說(shuō),——針對(duì)原子的核式結(jié)構(gòu)模型,——針對(duì)原子的穩(wěn)定性,能級(jí)：量子化的能量值,定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),001,注：原子的能量指電子繞核動(dòng)能和電子-原子核系統(tǒng)的勢(shì)能之和,1．關(guān)于玻爾的原子模型理論，下面說(shuō)法正確的是( ) A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中 B．原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的 C．原子中的核外電子繞核做加速運(yùn)動(dòng)一定向外輻射能量 D．原子中的電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是連續(xù)的,B,2．根據(jù)玻爾理論，氫原子中量子數(shù)n越大( ) A．電子的軌道半徑越大 B．核外電子的速率越大 C．氫原子能級(jí)的能量越大 D．核外電子的電勢(shì)能越大,解析：(1)n越大，電子距核越遠(yuǎn)，軌道半徑越大。A對(duì) (2)庫(kù)侖力提供向心力。Ke2/r2=mv2/r.則mv2=Ke2/r。r越大，v越小。或電子遠(yuǎn)離核時(shí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，動(dòng)能減小，勢(shì)能增大。 (3)n越大，所處能級(jí)能量越大。,ACD,,,3、當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為Ｅm）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Ｅn，mn）時(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子（h是普朗克常量），這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能量差決定，即hν＝Ｅm-Ｅn 稱(chēng)為頻率條件，又稱(chēng)輻射條件 注：當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子同樣由頻率條件決定。（吸收光譜）,1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō),玻爾,——針對(duì)原子光譜是線狀譜提出,躍遷假說(shuō),--躍字包含“不連續(xù)”的意思,玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋,n?∞：電子脫離核束縛,氫原子能級(jí)圖,,,,,,,,,,,,,,,1、向低軌道躍遷,處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的可自發(fā)地經(jīng)過(guò)一次或幾次躍遷達(dá)基態(tài),躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量：,發(fā)射光子,,光子的能量必須等于能級(jí)差,玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋,說(shuō)明：由于能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。,2、向高軌道躍遷,,吸收光子,吸收光子的能量必須等于能級(jí)差 因此吸收光譜也是一些分立的暗線,使原子電離，破壞了原子結(jié)構(gòu)，不再符合頻率條件 電子吸收能量克服核的引力，脫離原子，變成自由電子的現(xiàn)象---電離,躍遷條件：,電離條件：,玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋,躍遷時(shí)吸收光子的能量：,躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子勢(shì)能、原子能量的變化,1.當(dāng)n減小即軌道半徑減小時(shí)。庫(kù)倫力做正功，電子動(dòng)能增加、原子勢(shì)能減小、向外輻射能量，原子能量減小。 2.當(dāng)n增大即軌道半徑增大時(shí)。庫(kù)倫力做負(fù)功，電子動(dòng)能減小、原子勢(shì)能增大、從外界吸收能量，原子能量增大。,氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)光的機(jī)理,通常情況下，原子處于基態(tài)，是穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。 電子撞擊時(shí)不遵循頻率條件能量 發(fā)光頻率種類(lèi)N＝？,2 分別能量為11eV、15eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子，結(jié)果如何？,1 要使處于基態(tài)的氫原子從基態(tài)躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，則照射光光的頻率必須為多少？躍遷后能發(fā)出幾種頻率不同的光？,,思考與討論：,解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV 由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需吸收能量 可用一定頻率的光照射。 則：吸收光子的能量hv=E4-E1。 V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-34 =3.08x1015Hz 6種,2．氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況是( ) A．放出光子，電子動(dòng)能減小，原子勢(shì)能增大 B．放出光子，電子動(dòng)能增大，原子勢(shì)能減小 C．吸收光子，電子動(dòng)能減小，原子勢(shì)能增大 D．吸收光子，電子動(dòng)能增大，原子勢(shì)能減小,分析：(1)由高軌道躍遷到低軌道時(shí)。庫(kù)倫力做正功，動(dòng)能增加、勢(shì)能減小。向外輻射光子、能量減小。 (2) 由低軌道躍遷到高軌道時(shí)。庫(kù)倫力做負(fù)功，動(dòng)能減小、勢(shì)能增大。從外界吸收輻射光子、能量增大。,BC,放出光子則電子向較低定態(tài)躍遷，r減小、庫(kù)倫力做正功、動(dòng)能增大、勢(shì)能減小。 吸收光子則電子向較高定態(tài)躍遷，r增大、庫(kù)倫力做負(fù)功、動(dòng)能減小、勢(shì)能增大。,3。如圖所示，大量氫原子處于能級(jí)n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們向各較低能級(jí)躍遷時(shí)，對(duì)于多種可能的躍遷，下面說(shuō)法中正確的是( ) A．最多只能放出4種不同頻率的光子 B．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng) C．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)放出的光子頻率最高 D．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)等于從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)放出的光子波長(zhǎng),C,分析(1)對(duì)于大量氫原子： 輻射光譜條數(shù)（對(duì)于頻率） N=n(n-1)/2=6 (2)由△E=hv=hc/?=E4-E1解題 (3)由hv1=E3-E2,hv2=E2-E1可知 頻率不同，波長(zhǎng)不同。,結(jié)論：在不同軌道間躍遷，輻 射的光子頻率不同， 波長(zhǎng)不同。,,,,,,,,,,,,,,,巴耳末系,賴(lài)曼系,帕邢系,思考:在具有下列能量的光子中,能被基態(tài)氫離子吸收而發(fā)生躍遷的是( ) A.13.6eV B.12.75eV C.10ev D.1.9eV,玻爾理論成功解釋了氫光譜的規(guī)律,甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系,分析：E=hv=En-E1。 En=E+E1=hv+E1,躍遷條件的考察,例1．試計(jì)算處于基態(tài)的氫原子吸收波長(zhǎng)為多少的光子時(shí)，電子可以躍遷到n＝2的軌道上．已知?dú)湓幽芗?jí)公式En ＝ 13.6/n2eV(n＝1,2,3……),分析：1.從基態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài)，需吸收能量。 2.利用△E=hv=hc/?=E2-E1.計(jì)算吸收光的頻率和波長(zhǎng),解析： 基態(tài)的能量E1=-13.6ev 在n=2軌道上的能量E2=-13.6/22=-3.4ev 則△E=hv=hc/?=E2-E1。 ?=1.22x10-7m,題后思：吸收光子的頻率、波長(zhǎng)決定于吸收的光子能量、吸收光子的能量決定于兩定態(tài)的能級(jí)差。,小結(jié)：,提出假說(shuō)：玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)： 1）軌道量子化假說(shuō) rn=n2r1. 2）能量量子化假說(shuō) En=E1/n2. 3）躍遷假說(shuō)：,提出問(wèn)題：原子的穩(wěn)定性、原子光譜是線狀譜,驗(yàn)證：氫原子光譜 弗蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn),1、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說(shuō)法是（ ） A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量 B、原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會(huì)向外輻射能量 C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子 D、原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的,課堂練習(xí),C,可能吸收一定頻率的光子,符合能量量子化的原理,符合能量量子化的原理,符合軌道量子化的原理,2、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知rarb，則在此過(guò)程中（ ） A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子 B、原子要吸收一系列頻率的光子 C、原子要發(fā)出某一頻率的光子 D、原子要吸收某一頻率的光子,C,分析：1.由高軌道激發(fā)態(tài)躍遷到低軌道激發(fā)態(tài)，輻射光子。 2.軌道量子化、能量量子化、對(duì)應(yīng)光子頻率是特定的,3、如果大量氫原子處在n=4的能級(jí),會(huì)輻射出幾種頻率的光?其中波長(zhǎng)最短的光是在哪量?jī)蓚€(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)發(fā)出的?,一個(gè)原子和一群原子處于量子數(shù)n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射的光譜條數(shù)⑴一個(gè)原子時(shí)可能條數(shù)：N=n-1 ⑵一群原子可能條數(shù)N=n(n-1)/2=C2n。,解析：可能輻射N(xiāo)=4(4-1)/2=6種頻率的光。 由△E=hv=Em-En得：輻射能量越多輻射頻率越高，而輻射光的波長(zhǎng)越短。 所以應(yīng)在能級(jí)4和1之間躍遷。,電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率——電子云,玻爾理論只能解釋氫原子光譜，而對(duì)外層電子較多的原子，理論與實(shí)際相差很多，玻爾理論不再成立。取而代之的是量子力學(xué)。量子力學(xué)是一種徹底的量子理論。它不但成功地解釋了玻爾理論所能解釋的現(xiàn)象，而且能夠解釋大量玻爾理論所不能解釋的現(xiàn)象。玻爾理論中的三點(diǎn)假設(shè)，在量子力學(xué)中也變成理論上推導(dǎo)出來(lái)的直接結(jié)果。建立在量子力學(xué)基礎(chǔ)上的原子理論認(rèn)為，核外電子的運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而沒(méi)有固定的軌道，我們只能知道他們?cè)诤送饽程幊霈F(xiàn)的概率大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子在某些地方出現(xiàn)的率概較大，在另一些地方出現(xiàn)的概率較小，電子頻繁地出現(xiàn)在這些率大的地方，我們可以想像在那里有一團(tuán)“電子云”包圍著原子核，這些電子云形成許多層，在不同層中運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量，因而形成了原子的定態(tài)和能級(jí)。這樣量子力學(xué)就根本拋棄了從經(jīng)典物理引用來(lái)的電子運(yùn)動(dòng)軌道的概念，所謂玻爾理論中的電子軌道，只不過(guò)是電子云中電子出現(xiàn)概率最大的地方。,波爾模型的局限性,