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第四章　原子结构和波粒二象性
第2课时　
玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁
氢原子能级
玻尔从他的三条假设出发，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。
那么，玻尔理论是如何解释氢光谱的呢？
新课引入
玻尔理论对氢光谱的解释
氢原子光谱
原子在始、末两个能级 和 间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能极差
由于原子的能级是分力的，所以放出的光子的能量也是分立的
因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线
氢原子能级
玻尔理论对氢光谱的解释
氢
原
子
的
能
级
图
激发态
基态
∞
n
５
２
３
-3.4
４
-1.51
-0.85
-0.54
0 eV
E/eV
１
-13.6
赖曼系
玻尔理论还能很好地解释甚至预言氢原子其他谱线系
巴
耳
末
系
帕邢系
布
喇
开
系
普
丰
德
系
玻尔理论与巴耳末公式
巴耳末公式中的正整数n与玻尔理论的量子数n之间有什么关系？
玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量
巴耳末公式中的n应该是电子从量子数分别为n=3,4,5……的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线
巴
耳
末
系
氢原子能级跃迁与光谱图
玻尔理论与巴耳末公式
请同学们用这几个公式推出巴耳末公式
结果与实验值符合的很好
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
玻尔理论与巴耳末公式
Hγ
Hδ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
巴尔末系氢吸收光谱
玻尔理论解释气体导电发光
现在建筑上常要安装各式各样的霓虹灯，用以夜间装饰。如图所示，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异，因此利用不同气体可制成五颜六色的霓虹灯。这其中蕴含着什么物理道理？
通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的。
气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。
处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。
这就是气体导电时发光的机理
玻尔理论解释不同元素的谱线有不同的特征
玻尔理论又是如何说明为什么不同元素的谱线有不同特征呢？
由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
又由于不同原子具有不同的结构，能级各不同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不同。
氢原子能级跃迁与光谱图
电子从低能级（如基态）向高能级（如第一激发态）跃迁时，需要吸收能量
若给它10.1eV的能量，电子能否发生跃迁？
不能
若给它13.6的能量，电子将会如何运动？大于13.6eV的能量呢？
光子的发射和吸收
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。
基
态
激
发
态
跃迁
（电子克服库仑引力做功，电势能增大，原子的能量增加）
吸收光子
辐射光子
（电子所受库仑力做正功，电势能减小，原子的能量减少）
原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不吸收
光子的发射和吸收
电子由高能量状态跃迁到低能量状态时，释放出的光子的频率可以是任意值吗？
不可以。因个定态轨道的能量是固定的，由 可知，跃迁时释放出的光子的频率也是一系列固定值。
光子的发射和吸收
氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是能级越高，释放的光子能量越大？
不是
光子的发射和吸收
6种
一群氢原子处于n=4激发态，最多向外辐射多少种频率的光子？
光子的发射和吸收
氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时
可能直接跃迁到基态，
也可能先跃迁到其他低能级的激发态，然后再到基态，
因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能为 种情况。
光子的发射和吸收
注意一群原子和一个原子
氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现
注意直接跃迁与间接跃迁
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况的辐射（或吸收）光子的频率不同，但都满足频率条件
粒子轰击使电子电离
原子若是吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发
实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，
所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（ ）
就可使原子发生能级跃迁
玻尔
玻尔理论的成功
玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，比较完满地解释了氢原子光谱，
他所提出的定态和跃迁这两个概念，解决了原子的稳定性及原子发射和吸收电磁辐射之谜，对量子论的建立有着深远影响
但是玻尔理论也有它的局限性
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，但是也有它的局限性。
玻尔模型的局限性
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“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
①量子化条件的引进没有适当的理论解释
②氦原子光谱
严格讲玻尔理论是经典理论加上量子化条件的混合物，使得它无法解释复杂原子的光谱现象。
玻尔模型的局限性
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
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。
电子在某处单位体积内出现的概率——电子云
问题与练习
如图，用玻尔理论解释，当巴耳末公式n=5时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的？
根据巴耳末公式，n=5时计算出的氢原子光谱的谱线是量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的
问题与练习
请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？
由于原子能级是分立的，能级差也是分立的，辐射的光子的能量也是分立，有确定的频率，所以原子光谱只有一些分立的亮线
问题与练习
如果大量氢原子处在n=3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？
大量原子处在n=3的能级上，能辐射3中频率的光。波长最短的光是从n=3的能级跃迁到n=1的能级时发出的光
问题与练习
包含各种波长的复合光，被原子吸收了某些波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱叫做吸收光谱。请用玻尔理论解释：为什么各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应？
T
谢谢观看
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