18[1].4《玻尔的原子模型》课件(新人教选修3-5)

4.玻尔的原子模型

一、玻尔原子理论的基本假设：1、能级(定态)假设：原子只能处于一系列不连 续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子 虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定

态。(本假设是针对原子稳定性提出的)2、跃迁假设：原子从一种定态(设能量为E初)跃迁 到另一种定态(设能量为E终)时，它辐射(或吸收) 一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差 决定，即 h v E初 E终 (本假设针对 线状谱提出) 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不

同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的， 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。(针对原子 核式模型提出，是能级假设的补充)

二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿 力学计算出氢原子的电子的各条可能 轨道半径和电子在各条轨道上运动时 的能量(包括动能和势能)公式：2 (n=1,2,3……) 轨道半径： n=n r1 1 能 量：En (n=1,2,3……) 2 E1

r

n

式中r1、E1、分别代表第一条(即离核最近 的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时 的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和 电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数， 叫量子数。(能量级模拟演示)

三、氢原子的能级图(演示)n E/eV ∞ ----------------- 0 eV5 4 3 2 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4

1

-13.6

帕邢系 巴耳末系

赖曼系 氢原子的能级图

四、能级：1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能 级。 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这 时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级， 叫做激发态。 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的 激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个 能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。

夫兰克—赫兹实验的历史背景及意义：

1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核 式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子 核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念： 原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴 随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所 处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光 谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都 必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在1914 年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气 体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立),简单而巧妙地 直接证实了原

子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了 有力的证据。

1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当 年的诺贝尔物理学奖(1926年于德国洛丁根补发)。 夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要 手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传 统的经典实验。

(JAMES FRANCK)

(GUSTAV HERTZ)

夫兰克—赫兹实验的理论基础

根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续 的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值 Ei(i=1,2,3‥),这些能量值称为能级。最低能级所对 应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。 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的电磁波，频率大小决定于原子 所处两定态能级间的能量差。hv E n E m(h为普朗克常数)

本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现， 并满足能量选择定则：

eV E n E m

(V为激发电位)

夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实 验用的是汞。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，就成为电流计的电流。

实验原理：改进的夫兰克-赫兹 管的基本结构见右图。电 子由阴极K发出，阴极K和 第一栅极G1之间的加速电 压VG1K及与第二栅极G2之 间的加速电压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。

V

灯丝

K

VG1K电子 汞原子 G2 A G1

VG2K

μ A

VG2A

夫兰克—赫兹管结构图

设汞原子的基态能量为E0,第一激发态的能量为E1,初速为零 的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV,具有这种 能量的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。如果eV≥E1-E0=Δ E,则汞原子从电子中取得能量Δ E, 而由基态跃迁到第一激发态，Δ E=eVC。相应的电位差VC即为汞原子 的第一激发电位。 在实验中，逐渐增加VG2K,由电流计读出板极电流IA,得到如 下图所示的变化曲线. IA (uA)e c a b o o d

V1

V2

V3

V4

V5

V6

VG2K

图2-2-4 夫兰克—赫兹管的IA~VG2K曲线

4. 玻尔理论的局限性●玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提 出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱， 但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论 仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。

● 量子化条件的引进没有适当的理论解释。

5.电子在某处单位体积内出现的 概率——电子云(演示1.演示2)

练习：1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是 ACD ( ) A、继承了卢瑟福的原子模型，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“做加速运动的 电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同

C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率 与原子能量变化之间的定量关系D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利 用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的

2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法 是( C )

A、原子只能处于一系列不连续的状态中， 每个状态都对应一定的能量B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动， 但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时， 一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子 轨道，并且这些轨道是不连续的