鲁科版高中物理 选修 3-5第二章 2.3-玻尔的原子模型-第一课时

2.3 波尔的原子模型

回顾复习：原子结构的探究过程
电子是原子的组成部分，原子是中性的， 那么原子的模型是怎样的？


汤姆孙

卢瑟福
？
枣糕模型
原子带正电的部分应均匀分布在整个原子中，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置
核式结构模型
原子中心有一个很小的核-原子核
全部正电荷和质量都集中在原子核
带负电的电子在核外空间绕着核旋转。


α粒子的大角度散射现象。
电子容易穿过铝原子。
这个模型是完美的吗？
它就是原子结构的最后真相吗？


一、波尔原子模型
卢瑟福模型的两大困难
（1）原子的稳定性
由经典电磁学理论可知，当电子围绕原子核做变速运动时，原子会发射电磁波，电子的能量就会减少，因此电子会逐渐做向心运动，最终坠毁在原子核处；
实际：原子结构十分稳定，电子并未出现坠毁现象！




一、波尔原子模型
卢瑟福模型的两大困难
（2）频率的不连续性
电子围绕原子核做变速运动时辐射的电磁波频率等于其电子做圆周运动的频率，且此频率由其圆周运动的半径唯一决定。因此由于电子逐渐靠近原子核，辐射的电磁波频率会逐渐变化，并且应为连续变化。
实际：各种原子的光谱都是不连续的！

一、波尔原子模型——量子化的原子模型
1.定态假设
原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做变速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。电子绕原子核做圆周运动，只能处在一些分立的轨道上，它只能在这些轨道上绕核转动而不产生电磁辐射。









定态
一、波尔原子模型——量子化的原子模型
2.跃迁假设
原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收（或辐射）一定频率的光子能量 hυ。原子从定态E2跃迁到定态E1辐射的光子能量为
其中h为普朗克常量，h=6.63×10-34 J?s







发射光子



吸收光子
E2
E1
一、波尔原子模型——量子化的原子模型
3.量子假设（不连续假设）
原子的不同能量状态对应于电子的不同运动轨道，原子的能量状态是不连续的，电子不能在任意半径的轨道上运动。轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足下式
这些轨道才是可能的。其中，n称为量子数。

根据玻尔理论，可以计算出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公式：

二、氢原子的能级结构

由量子化条件

由牛顿定律



二、氢原子的能级结构
能量：
轨道半径：
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。
特别的，对于氢原子，带入电子质量后，可得：
E1= —13.6 eV，r1=0.53×10-10m





E1
n=1


E3
n=3

1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。
2、基态：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。不同的能量，发射的光频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光。
二、氢原子的能级结构





E1
n=1


E3
n=3










１
２
３
４
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
n
E
eV

氢原子可能辐射几种频率的光子







１
２
３
４
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
n
E
eV
注意区分：一个氢原子和大量氢原子最多释放几种







三、对氢原子能级的理解
(1)轨道与能量的量子化：对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同．轨道是不连续的，能量也是不连续的，即能量量子化．
(2)负能量：若使原子电离，外界必须对原子做功输入能量，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核无穷远处即电子和原子核间无作用力时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值均为负值。
回顾复习：原子结构的探究过程
电子是原子的组成部分，原子是中性的， 那么原子的模型是怎样的？


汤姆孙

卢瑟福
玻儿
枣糕模型
原子带正电的部分应均匀分布在整个原子中，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置
核式结构模型
原子中心有一个很小的核-原子核
全部正电荷和质量都集中在原子核
带负电的电子在核外空间绕着核旋转。


α粒子的大角度散射现象。
电子容易穿过铝原子。
1.原子的稳定性
2.原子光谱的不连续性


量子化模型
（1）定态假设
（2）跃迁假设
（3）不连续假设