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1、,第十八章：原子结构,18.4 玻尔的原子模型,电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定,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,由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱,原子光谱是不连续的，是线状谱,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,1913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,提出了玻尔理论.,玻尔认为
2、：电子绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律，,假说1：轨道量子化,分立轨道,一.玻尔原子理论的基本假设,电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射,但轨道半径只能是某些分立的数值. 即:电子的轨道是量子化的.,玻尔指出:电子在不同轨道上运动时,原子处于不同状态,具有不同的能量,假说2：能级(定态)假说,一.玻尔原子理论的基本假设,基态,激发态,量子数,即原子的能量也是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级.,原子中这些具有确定的稳定状态称为定态.,能量最低的状态叫做基态，其他能量状态叫作激发态.,假说3：频率条件(跃迁假说),原子在始、末两个能级 Em 和 En (EmEn )间跃迁时
3、,发射(或吸收)光子的频率可以由前后能级的能量差决定：,一.玻尔原子理论的基本假设,激发态,跃 迁,吸收光子,辐射光子,基 态,玻尔从上述假设出发,利用库仑定律和牛顿运动定律,计算出了氢电子可能的轨道半径和对应的能量值.,二.玻尔理论对氢光谱的解释,2. 这里的电势能 Ep0，原因是规定了无限远处的电势能为零。这样越是距离原子核近的轨道电势能越小。,3. 量子数 n = 1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，电子动能越小，电势能越大。,4. 跃迁时电子动能、电势能与原子的能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，电势能 Ep 减小，电子动能增大，原子的能量减小
4、。反之，轨道半径增大时，库仑引力做负功，电势能增大，电子动能减小，原子的能量增大。,二.玻尔理论对氢光谱的解释,赖曼系（紫外线）,巴耳末系（可见光）,帕邢系（红外线）,布喇开系,逢德系,轨道与能级相对应,成功解释了氢光谱的所有谱线,二.玻尔理论对氢光谱的解释,巴尔末公式有正整数 n 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？,巴尔末公式：,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,从高能级向低能级跃迁 发射光子：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,(1) 吸收光子对于能量大于或等于13.6eV的光子(电离)；对于能量小于13.
5、6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收).,(2) 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的动能.,3. 原子的电离,若入射光子的能量大于原子的电离能，则原子也会被激发跃迁，这是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.,4. 一群原子和一个原子的跃迁问题,氢原子从高能级向低能级跃迁时，对一个氢原子来说，可以辐射(n-1)种频率的光子；对一群氢原子来说，可能辐射n(n-1)/2种频率的光子.,玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题,但是也有它的局限性
6、.,在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念,同时又应用“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律,除了氢原子光谱外,在解决其他问题上遇到了很大的困难.,氦原子光谱,量子化条件的引进没有适当的理论解释,三.玻尔模型的局限性,汤姆孙发现电子,汤姆孙的西瓜模型, 粒子散射实验,卢瑟福的核式结构模型,原子不可割,汤姆孙的西瓜模型,原子稳定性事实氢光谱实验,卢瑟福的核式结构模型,出现矛盾,?,玻尔模型,复杂（氦）原子光谱,量子力学理论,玻尔模型,出现矛盾,出现矛盾,怎样修改玻尔模型？,思想：必须彻底放弃经典概念,关键：用电子云概念取代经典的轨道概念,电子在某处单位体积内出现的概率 电子云,原子结构
7、的认识史,一、玻尔原子结构模型内容,1.轨道量子化假设,2.能量量子化假设,3.跃迁假设,二、玻尔理论对氢光谱的解释,1.向低能级跃迁,发射光子,2.向高能级跃迁,吸收光子,跃迁：,三、玻尔理论的成功与局限之处,1.成功之处:引入了“量子”的观念成功解释了氢原子的线状光谱,2.局限之处:,(1)对于外层电子较多元素的原子光谱,其理论与事实相差很大,(2)过多地引用了经典的物理理论,1. 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，正确的是 ( ) A. 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 C. 电子
8、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,D,2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E 的轨道跃迁到能量为 E的轨道，辐射出波长为 的光，以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则 E 等于 ( ),B. C. D.,C,3. 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75 eV 的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 n = 4 的激发态上去 B. 有的氢原子能从基态跃迁到 n = 3 的激发态上去 C. 氢原子最多能发射 3 种波长不同的光 D. 氢原子最多能发射 6 种波长不同的光,AD,4.根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ）A.可取任意值 B.可在某一范围内取任意值C.可取一系列不连续的任意值 D.是一系列不连续的特定值,D,ACD,
