高中物理第四章 原子结构和波粒二象性4 氢原子光谱和玻尔的原子模型评优课ppt课件

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卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(一)
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．
卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(二)
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线状谱
玻尔原子理论假设的基础
普朗克黑体辐射的量子论
1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射
2、原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．波尔指出，原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的
1913年玻尔提出了自己的原子结构假说
——针对原子的核式结构模型
一、玻尔原子理论的基本假设
针对原子核式结构模型提出
绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。
⑵能级：原子的在各种定态时的能量值
⑴定态：原子具有确定能量的稳定状态
①基态：能量最低的状态(离核最近)
②激发态：其他的能量状态
原子的能量与电子所在的轨道相对应
当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。
⑶电子轨道与原子能级的对应关系
假说3:频率条件（跃迁假说）
针对原子光谱是线状谱提出
电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加
电子辐射光子，原子能量减少
二、玻尔理论对氢光谱的解释
频率条件:（辐射条件）
1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。
由于能级是分立的，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。
2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
吸收光子的能量必须等于能级差
处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK = hv - En
发射光谱的明线与吸收光谱的暗线频率相同
电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）：
1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。（对于能量大于或等于13.6eV的光子，氢原子电离，即原子结构被破坏）
电离后电子剩余动能为：
要么全被吸收，要么不吸收。
②吸收实物粒子能量（碰撞、加热） 只要实物粒子（如微观粒子中的电子、α粒子等）能量足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子动能（自己保留）。
2）实物粒子使原子跃迁（n→m） :
实物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由实物粒子自己保留。
1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。
从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
思考:在具有下列能量的光子中,能被基态氢离子吸收而发生跃迁的是( ) A、13.6eV B、12.75eV C、 10ev D、1.9eV
玻尔理论成功解释了氢光谱的规律,甚至预言了氢原子的其他谱线系
玻尔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
无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释谱线的强度等
2、原子结构理论的发展过程
原子稳定性事实氢光谱实验
观察与实验所获得的事实
建 立 科 学模型提出科学假说
彻底放弃经典概念，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
【例1】（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（　 ）A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
【练1】关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是 (　 )A. 氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B. 氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小D. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
【例2】（多选）根据玻尔理论，氢原子的核外电子在离核最近的第一条轨道和第二条轨道上运动时（　　） A. 第二条轨道上动能小 B. 第二条轨道上电势能小 C. 第二条轨道上氢原子能量小 D. 第二条轨道上电离能小
【练2】（多选）按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（　 ）A.第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rm：rn=m2：n2B.电子沿一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率为v，则其发光频率也是vC.第m个定态和第n个定态的能量Em：En之比为 n2：m2D.若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为ν=E / h
【例3】利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克常数为6.63×10﹣34J•s）（　　 ） A. 3.08×1014Hz B. 3.08×1015Hz C. 1.93×1014Hz D. 1.93×1014Hz
【练3】（多选）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1＝﹣54.4eV，氦离子能级的示意图如下所示。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ 　） A. 40.8eV B. 43.2eV C. 51.0eV D. 54.4eV
【例4】原子核外甲处电子云密度是乙处的三倍，说明（ 　　） A. 在甲处出现的电子至少有三个 B. 该原子至少有四个电子 C. 电子在甲处出现的机会是乙处的三倍 D. 电子在丙处不出现
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难．
量子化条件的引进没有适当的理论解释。
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．
汤姆孙的 西瓜模型
卢瑟福的 核式结构模型
原子稳定性事实 氢光谱实验
提出假说--玻尔的原子结构假说： 1）轨道量子化假说 2）能量量子化假说 3）跃迁假说：
提出问题：原子的稳定性、原子光谱是线状谱
验证：氢原子光谱 （弗兰克—赫兹实验）
1.对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ）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”的观点提出了异议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（ ）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
3.根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ）A.电子轨道半径越大 B.核外电子的速率越大C.氢原子能级的能量越大 D.核外电子的电势能越大
4.根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ）A.可以取任意值 B.可以在某一范围内取任意值C.可以取一系列不连续的任意值D.是一系列不连续的特定值
5.按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）A.原子要发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子C.原子要发出某一频率的光子D.原子要吸收某一频率的光子
6、如果大量氢原子处在n=4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?