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(共30张PPT)

高理 李爱华
玻尔的原子模型
物理选修3-5 第十八章 原子结构
本节重点
1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。
2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
3.能用玻尔理论简单解释氢原子模型。
4.了解玻尔模型的不足之处及其原因。
5.体会新理论建立的一般过程，即“原理论→事实矛盾→新理论→实践检验→修正理论”。

一、玻尔理论提出的前夜
1、汤姆孙提出了怎样的原子结构模型？

原子模型
一、玻尔理论提出的前夜

原子模型
核式结构模型
ɑ 粒子散射实验
2、卢瑟福提出了怎样的原子结构模型？
一、玻尔理论提出的前夜

经典理论

轨道变化连续


矛盾
能
量
连
续
变
化

辐
射
频
率
连
续
原子连续光谱
原子线状光谱
如果将经典理论应用于原子核式结构模型，则……

能量减少
电子轨道半径减小

原子
不稳定


原子
稳定
矛盾
核式结构模型？
原子稳定性和光谱分立性？
经典电磁理论？

一、玻尔理论提出的前夜

分析矛盾

核式结构模型有问题？

猜想1

大胆猜想
……
……



猜想n
经典理论在原子领域不适用

猜想2

原子稳定性和光谱分立性有问题？
3、问题在哪里？
尼尔斯.玻尔
丹麦物理学家、哥本哈根学派创始人、丹麦皇家科学院院士，1922年诺贝尔物理学奖得主
爱因斯坦说：
“作为一个科学的思想家，玻尔具有那么惊人的吸引力，在于他具有大胆和谦逊两种品德难得的结合”.
有人问为什么能吸引那么多科学家来他身边工作时，他说：“因为我不怕在青年面前暴露自已的愚蠢”.
二、玻尔的猜想

创新思考
1、新原子理论必须满足的要求
（1）保留核式结构；
（2）能解释原子的稳定性和原子的分立谱线；
（3）不同于经典理论，应表达成假设或原理。
保留已经取得的成功之处，扬弃或改变困惑之处;能解释已知的所有事实。
二、玻尔的猜想
经典理论
玻
尔
猜想


原子结构不稳定





原子结构稳定
电子绕核运动辐射电磁波
电子绕核运动不辐射电磁波
轨道变小
轨道不变

玻尔猜想
2、如何保证原子的稳定性？

二、玻尔的猜想
3、如何得到原子的原子的分立谱线？
经典理论
玻
尔
猜想

核式结构轨道连续

原子连续光谱
能
量
连
续
变
化
辐
射
频
率
连
续

原子线状光谱


玻尔猜想
二、玻尔的猜想——灵感爆发！


玻尔猜想
普朗克
能量子假说 E=nε n=1,2… ε=h?
爱因斯坦
光量子假定
EK = h? - W0
巴尔末
二、玻尔的猜想
经典理论
玻
尔
猜想

核式结构轨道连续

原子连续光谱

轨道量子化

原子线状光谱




能
量
连
续
变
化
辐
射
频
率
连
续

能
量
不连
续
变
化
辐
射
频
率
不连
续


玻尔猜想
3、如何得到原子的原子的分立谱线？








一、轨道量子化——玻尔原子模型假说


玻尔假说


稳定转动


分立的量
子化轨道



基态：能量最低的状态(离核最近)
激发态：其他的能量状态


二、定态假设——玻尔原子模型假说


玻尔假说






状态一
状态二
E1
E2
原子在不同状态下量子化的能量值，用 E 表示
能级
定态
原子中具有确定能量的稳定状态
目的：解决原子稳定性问题


+





三、跃迁假设——玻尔原子模型假说


玻尔假说
目的：解决光谱的分立性问题
用“跃迁”二字描述原子状态变化有何深意？



低能级 En
高能级 Em

低能级 Ej

发射





吸收



发射


频率条件：





hv
En
Em
三、玻尔的原子模型
玻尔从上述三条假设出发，利用库仑力提供向心力，计算出了氢的电子可能的轨道半径和原子系统对应的总能量。(一般取电子离核处无穷远时系统电势能为零，其他状态下的势能值都是负值。)



+





En


n=1
n=2
n=3
n=4
n=5

原子能级
1 、氢原子能级
三、玻尔的原子模型
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
∞
0
激发态
量子数
基态

-13.6

原子能级
1
2
3
4
5

E/ev
n





2 、氢原子能级图


+





En


n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
2、成功预言了氢原子的其它谱线

－－－－－－－－－－－－－－－－－






1
2
3
4
5
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
n
E/eV
∞





巴耳末系 可见光




1、成功解释了氢原子的已知谱线






赖曼系 紫外线




帕邢系





布喇开系
普丰德系
红外线

四、玻尔理论的成就



δ
γ
β
α
红外线区
紫外线区
H
H
H
H
656 (nm)
486
434
410
四、玻尔理论的成就

实验检验
弗兰克
赫 兹
除了能作出正确的预言，物理规律的正确性至少要接受两种以上独立的实验方法检验。
原子能量量子化

3、弗兰克-赫兹实验检验
五、玻尔理论的局限性与意义
我的理论还不够完善，还需要不断地修正
----玻尔 诺贝尔获奖感言

局限性
1、玻尔原子模型局限性

解释除了氢原子以外的原子光谱很困难，保留了过多的经典概念，


局限
性
五、玻尔理论的局限性与意义

意义

第一个将量子化概念用到了原子结构中，成功的解释了氢原子光谱。为量子力学奠定了基础，打开了微观物理学的大门

2、玻尔理论的意义
五、玻尔理论的局限性与意义

局限性
3、原子模型进化史

卢瑟福原子模型
近代原子模型
汤姆孙原子模型
玻尔原子模型


+






课堂小结


课堂小结

学

科

规

律

发现问题

实验分析

提出假说

发

展

接受检验






不断修正

建立
新理论


请查阅资料了解：

继玻尔之后人们是如何探索原子结构的？
课后拓展：

兴趣拓展

重点一：
熟练画氢原子能级图

E
1


13.6

eV
E
n



E
1
n
2

记住关键数据和公式

重点二：
掌握能级跃迁概念及谱线计算方法
小结——敲黑板，划重点啦！

课堂小结
E
n











E
2
E
1


-13.6
E
3
E
4
E
5
基态
电离态
第一激发态
主量子数
能量
巴耳末系末态
赖曼系末态
第二激发态
第三激发态




6
5
4
3
2
1
(eV)
∞


h


10
34

6.63
J

s





(
(


v
h

E
初
E
末



吸收或发射特定频率的光子

按照玻尔理论，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，系统总能量变大
B .电子的动能变小，电势能变小，系统总能量变小
C .电子的动能变小，电势能变大，系统总能量不变
D .电子的动能变小，电势能变大，系统总能量变大
D
解决问题1：原子能级和电子能量变化

(多选)如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75eV 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.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

解决问题2：辐射光子种类
A D







1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
(多选)如图所示为氢原子的能级图，欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（ ）
A .用 10.2 eV 的光子照射
B .用 11eV 的光子照射
C .用 14eV 的光子照射
D .用 11eV 的电子碰撞
ACD







1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
解决问题3：跃迁条件、电离条件与碰撞激发
思考：为什么炽热的固体和液体能发出连续谱？
(多选) 如图为 μ 氢原子的能级示意图。假定光子能量为 E 的一束光照射容器中大量处于 n＝2 能级的 μ 氢原子，μ 氢原子吸收光子后，发出频率为v1、 v2 、 v3、 v4 、 v5和v6的光，且频率依次增大，则 E 等于 ( )
A．h( v1 ＋ v2 )
B．h( v5 ＋ v6)
C．h v3
D．h v4







－2529.6
－632.4
－281.1
－158.1
－101.2
0
1
2
3
4
5
∞
n
E/eV
解决问题4：频率计算
辐射光子有6种，n=2 吸能后跃迁到n=4能级．按能量从小到大的顺序排列为4到3，3到2，4到2，2到1，3到1，4到1．所以能量E与hν3相等，也等于h（v1+v2），故AC正确．
A C

v1

v2

v3

v4

v5

v6







玻尔
海森伯
德布罗意
爱因斯坦
洛仑兹
居里夫人
普朗克

康普顿
泡利
薛定谔
维夏菲尔特
福勒
布里渊
玻恩
威尔逊
理查德森
古耶
朗之万

狄拉克
顿德尔
赫尔岑
克莱默斯
布拉格
朗梅尔
德拜
库德森
皮卡德
亨利奥特
艾伦费斯特

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