4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型课件—2020-2021学年高二下学期物理人教版（17张PPT）选择性必修第三册

4.4.2 氢原子光谱和玻尔的原子模型
一、玻尔原子理论的基本假设
1、轨道量子化——针对原子核式结构模型提出
①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值
②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射
轨道量子化：
氢原子：
量子数
+
rn
v
n=1
n=2
n=3
n=1
n=2
n=3
-
2、能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出
②能级：原子的在各种定态时的能量值
①定态：原子中具有确定能量的稳定状态
最稳定
基态：能量最低的状态(离核最近)
激发态：其他的能量状态
3、频率条件(跃迁假说)——针对原子光谱是线状谱提出
跃迁：原子在从高（低）能级跳到低（高）能级电子辐射（吸收）光子的过程。
+
m
n
-
频率条件:
低能级（En）
电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加
高能级（Em）
电子辐射光子，原子能量减少
跃 迁
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
H
频率条件:
玻
尔
原
子
模
型
轨道量子化：
量子数
氢原子：
能量量子化：
氢原子：
－－－－－－－－－
1
2
3
4
5
?
?
?
?
?
0
n
E/eV
∞
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
n?∞：电子脱离核束缚
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
氢原子能级图
1、向低轨道跃迁
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
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。
跃迁时发射光子的能量：
发射光子
光子的能量必须等于能级差
说明：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、向高轨道跃迁
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
吸收光子
吸收光子的能量必须等于能级差，因此吸收光谱也是一些分立的暗线
跃迁时吸收光子的能量：
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E /eV
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
当光子的能量大于或等于该能级的能量时，
跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化
当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。
当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。
三、玻尔模型的局限性
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
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
氦原子光谱
量子化条件的引进没有适当的理论解释
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α 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
玻尔模型
建 立
否 定
建 立
出现矛盾
否 定
否 定
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
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α 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
建 立
否 定
建 立
出现矛盾
否 定
否 定
建 立
玻尔的原子模型
玻尔的原子模型
玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔理论的局限性
再见