高中物理第十八章原子结构18.4波尔的原子模型课件新人教版选修.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十八章 原子结构,第,4,节 波尔的原子模型,19,世纪末,20,世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据有研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释,散射实验现象，得到了许多人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾，也有很多人反对,历史回顾,卢瑟福的核式结构模型存在哪些致命的弱点？,原子核式结构模型,与,经典电磁理论,的矛盾,核外电子绕核运动,辐射电磁波,电子轨道半径连续变小,原子不稳定,辐射电磁波频率连续变化,事实上,：,原子是稳定的,辐射电磁波频率只是,某些确定值,如何解决这个矛盾？,哪些科学家的观点可以启发我们呢？,2,、能级假设：,a.,电子在不同轨道上运动时，原子处于不同状态具有不同能量，所以,原子能量,也是,量子化的,。,b.,原子量子化的能量值叫,能级,；原子中这些具有确定能量的稳定状态叫,定态,；能量最低的状态叫,基态,，其他状态叫,激发态,。,（,本假设是针对原子稳定性提出的）,3,、频率条件：,电子从一种定态轨道（设能量为,Em,）,跃迁,到另一种定态（设能量为,En,）时，它,辐射,（或,吸收,）,一定频率,的光子，光子的能量由这两种定态的,能量差决定,，即,（本假设针对线状谱提出）,E,m,E,n,h v,1,、轨道量子化：,围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些,分立,的数值，即电子的轨道是,量子化的,。（,针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）,一、玻尔原子理论的基本假设,（,1913,年玻尔提出）,轨道半径,：,能 量,：,（,n=1,2,3),式中,r,1,=0.5310,-10,、,E,1,=-13.6ev,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，,r,n,、,E,n,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,（,包括动能和势能,）,，,n,是正整数,，叫,量子数,。,二、玻尔理论对氢光谱的解释,思考：,比较 和 ，利用波长和频率的关系，试推导氢原子能级表达式。如何解释你得到的结论？,氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量,-,13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0 eV,n,E/,eV,基态,激发态,赖曼系,巴耳末系,帕邢系,布喇开系,普丰德系,2,、氢原子的能级图,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,根据：,E=hv,，,=,c/,v,又,E,=1.89eV=3.03 10,-19,J,所以，,=h,c,/,E,=6.6310,-34,3.0,10,-8,/,3.03 10,-19,J,=6.57 10,-7,(m),（巴尔末系）,H,H,H,H,H,H,H,H,n=4,n=6,n=5,n=1,n=3,n=2,巴尔末系氢吸收光谱,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,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,三、玻尔模型的局限性,氦原子光谱,量子化条件的引进没有适当的理论解释。,夫兰克,赫兹实验的历史背景及意义：,1911,年，卢瑟福根据,粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。,1913,年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在,1914,年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法,(,与光谱研究相独立,),，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。,科学足迹,1925,年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（,1926,年于德国洛丁根补发）。夫兰克,-,赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。,(,JAMES FRANCK,),(GUSTAV HERTZ),夫兰克,赫兹实验的理论基础,根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值,Ei(i=1,2,3),，这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。,当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。,(,h,为普朗克常数,),本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：,(,为激发电位,),夫兰克,-,赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由阴级,K,发出，,K,与栅极,G,之间有加速电场，,G,与接收极,A,之间有减速电场。当电子在,KG,空间经过加速、碰撞后，进入,KG,空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。,实验原理：,改进的夫兰克,-,赫兹管的基本结构见右图。电子由阴极,K,发出，阴极,K,和第一栅极,G1,之间的加速电压,VG,1,K,及与第二栅极,G,2,之间的加速电压,VG,2,K,使电子加速。在板极,A,和第二栅极,G,2,之间可设置减速电压,VG,2A,。,A,V,V,G1K,K,V,G2K,G,1,V,G2A,G,2,电子,汞原子,A,灯丝,夫兰克,赫兹管结构图,设汞原子的基态能量为,E,0,，第一激发态的能量为,E,1,，初速为零的电子在电位差为,V,的加速电场作用下，获得能量为,eV,，具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量,eV,r,b,，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,C,