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人教版選修3-5
第四章 原子結構和波粒二象性
第4節 玻爾的原子模型
一、理論背景：
？
核外電子做怎樣的運動？
1、原子核式結構的建立：
2、氫原子的光譜：
人們早在了解原子內部結構之前就已經觀察到了氣體光譜，不過那時候無法解釋為什么氣體光譜只有幾條互不相連的特定譜線
1、解釋要點：由于電子軌道的變化是連續的，輻射電磁波的頻率也會連續變化．
二、經典理論的解析：
2、困頓：事實上，原子是穩定的，輻射電磁波的頻率也只是某些確定的值。
1、理論淵源：適用于宏觀物理的經典理論在解釋原子世界的現象時，遇到了不可調和的矛盾。為了解決這一矛盾，1913年，玻爾在普朗克的量子論和愛因斯坦的光子概念的啟發下，將分立值的觀念應用到原子系統，提出了自己的原子結構假說。
玻爾
三、玻爾的原子理論：
玻爾簡介：（詳見配套導學案）
丹麥物理學家，1922年獲得諾貝爾物理學獎。
1911年開始，先在劍橋J．J．湯姆孫主持的卡文迪許實驗室，后參加了曼徹斯特大學以E．盧瑟福為首的科學集體，從此和盧瑟福建立了長期的密切關系。
1912年，玻爾考察了金屬中的電子運動，并明確意識到經典理論在闡明微觀現象方面的嚴重缺陷，贊賞普朗克和愛因斯坦在電磁理論方面引入的量子學說，創造性地把普朗克的量子說和盧瑟福的原子核概念結合了起來。
1913年提出了量子不連續性，成功地解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質，提出了原子結構的玻爾模型。
1、軌道量子化假設：
2、定態假設：
3、頻率條件：
三、玻爾的原子理論：
三大假設：
三、玻爾的原子理論之軌道量子化假設：
1、軌道量子化假設：（針對原子核式模型提出，是能級假設的補充）
圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值，這個條件叫做軌道量子化條件；
(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下,繞原子核做圓周運動；
(2)電子繞核運動的軌道是不連續的；
(3)電子在這些軌道上繞核的轉動是穩定的,不產生電磁輻射。
2、定態假設：（本假設是針對原子穩定性提出的）
不同的軌道對應著不同的狀態，在這些狀態中，盡管電子在做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態是穩定的；
(1)當電子在不同軌道上運動時,原子處于不同的狀態中,具有不同的能量,即原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。
(2)原子中這些具有確定能量的穩定狀態,稱為定態。能量最低的狀態叫作基態,其他的能量狀態叫作激發態。
三、玻爾的原子理論之定態假設：
3、頻率條件：（本假設針對線狀譜提出）
原子從一種定態躍遷到另一種定態時,它輻射(或吸收)一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態的能量差決定,即hν=Em-En, (h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) 。可見,電子如果從一個軌道到另一個軌道,不是以螺旋線的形式改變半徑大小的,而是從一個軌道上“跳躍”到另一個軌道上。玻爾將這種現象叫作電子的躍遷。
高能級Em 低能級En
三、玻爾的原子理論之頻率條件：
(1)氫原子的能級圖：
(2)氫原子的能級公式：
＝E1/n2 (n＝1,2,3，…)，其中E1為___________，其數值為E1＝－13.6 eV.
基態能量
1、計算了氫原子的能級：
四、玻爾原子理論對氫光譜的解釋：
2.解釋了巴耳末公式
(1)按照玻爾理論,原子從高能級(如從Em)躍遷到低能級(如到E2)時輻射的光子的能量為hν=Em-E2。
(2)巴耳末公式中的正整數n和2正好代表能級躍遷之前和之后所處的定態軌道的量子數n和2。并且理論上的計算和實驗測量的里德伯常量符合得很好。
四、玻爾原子理論對氫光譜的解釋：
3.解釋了氣體導電發光現象：
處于基態的原子受到電子的撞擊,可以躍遷到激發態,處于激發態的原子是不穩定的,會自發地向能量較低的能級躍遷,放出光子,最終回到基態。
4.解釋了氫原子光譜的不連續性
原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后兩能級差,由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的發射光譜只有一些分立的亮線。
5.解釋了不同（類氫）原子具有不同的特征譜線
不同的原子具有不同的結構,能級各不相同,因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。
四、玻爾原子理論對氫光譜的解釋：
本節課要弄清的前3個問題，你清楚了嗎？
1、玻爾理論提出的歷史背景是怎樣的？
2、玻爾理論要解決什么問題？
3、玻爾理論是怎樣解決所面對的問題的？
4、玻爾理論的成功和局限分別有哪些？
五、玻爾理論的成功與局限性：
1.玻爾理論的成功之處:玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領域,提出了定態和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律。軌道量子化假設把量子觀念引入原子理論，這是玻爾的原子理論之所以成功的根本原因
2.玻爾理論的局限性:對更復雜的原子發光,玻爾理論卻無法解釋,它過多地保留了經典粒子的概念。把電子運動看成是經典力學描述下的軌道運動。
3.電子云:根據量子觀念,核外電子的運動服從統計規律,而沒有固定的軌道,我們只能知道它們在核外某處出現的概率大小,畫出來的圖像就像云霧一樣,稠密的地方就是電子出現概率大的地方,把它形象地稱作電子云。
關于氫原子的電子云：
圖2表示2p態磁量子數m=0的電子云,一定范圍內的概率密度(用百分數表示)形成不同顏色環,顏色深的地方表示點數濃度大,概率密度也大.
多學一點：
1、氫原子的電離：
所以至少要13.6eV能量的光子或電子
多學一點：
2、使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激發，其光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收。
(2)原子還可吸收實物粒子(如自由電子)的能量而被激發，由于實物粒子的動能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于兩能級的能量差值，就可使原子發生能級躍遷。
六、本節小結：
電子是原子的組成部分，是更基本的單元
電子是原子的組成部分，是更基本的單元
原子結構的完整建立：
本章知識結構：

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