高中物理《玻爾的原子模型》課件六（19張PPT）（新人教版選修3-5）

歡迎進入物理課堂 4 玻爾的原子模型 一 玻爾原子理論的基本假設(shè) 1 能級 定態(tài) 假設(shè) 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 這些狀態(tài)叫定態(tài) 本假設(shè)是針對原子穩(wěn)定性提出的 2 躍遷假設(shè) 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為E初 躍遷到另一種定態(tài) 設(shè)能量為E終 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(tài)的能量差決定 即 本假設(shè)針對線狀譜提出 E初E終 hv 3 軌道量子化假設(shè) 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng) 原子的定態(tài)是不連續(xù)的 因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的 針對原子核式模型提出 是能級假設(shè)的補充 二 玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運動時的能量 包括動能和勢能 公式 rn nr1 2 軌道半徑 n 1 2 3 能量 En n 2 1 E1 n 1 2 3 式中r1 E1 分別代表第一條 即離核最近的 可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量 rn En分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運動時的能量 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 能量級模擬演示 三 氫原子的能級圖 演示 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0eV n E 氫原子的能級圖 賴曼系 巴耳末系 帕邢系 1 能級 氫原子的各個定態(tài)的能量值 叫它的能級 2 基態(tài) 在正常狀態(tài)下 原子處于最低能級 這時電子在離核最近的軌道上運動 這種定態(tài)叫基態(tài) 3 激發(fā)態(tài) 除基態(tài)以外的能量較高的其他能級 叫做激發(fā)態(tài) 4 原子發(fā)光現(xiàn)象 原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程 是輻射能量的過程 這個能量以光子的形式輻射出去 這就是原子發(fā)光現(xiàn)象 四 能級 夫蘭克 赫茲實驗的歷史背景及意義 1911年 盧瑟福根據(jù) 粒子散射實驗 提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 1913年 玻爾將普朗克量子假說運用到原子核式結(jié)構(gòu)模型 建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個重要概念 原子定態(tài)能級和能級躍遷概念 電子在能級之間躍遷時伴隨電磁波的吸收和發(fā)射 電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差 隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對光譜的研究 玻爾理論被確立 但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨立的實驗方法的驗證 隨后 在1914年 德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法 與光譜研究相獨立 簡單而巧妙地直接證實了原子能級的存在 從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù) 1925年 由于他二人的卓越貢獻 他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎 1926年于德國洛丁根補發(fā) 夫蘭克 赫茲實驗至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一 所以 在近代物理實驗中 仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗 JAMESFRANCK GUSTAVHERTZ 夫蘭克 赫茲實驗的理論基礎(chǔ) 根據(jù)玻爾的原子理論 原子只能處于一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)之中 其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值Ei i 1 2 3 這些能量值稱為能級 最低能級所對應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài) 其它高能級所對應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 當(dāng)原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)時就會吸收或輻射一定頻率的電磁波 頻率大小決定于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差 h為普朗克常數(shù) 本實驗中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實現(xiàn) 并滿足能量選擇定則 為激發(fā)電位 夫蘭克 赫茲實驗玻璃容器充以需測量的氣體 本實驗用的是汞 電子由陰級K發(fā)出 K與柵極G之間有加速電場 G與接收極A之間有減速電場 當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速 碰撞后 進入KG空間時 能量足以沖過減速電場 就成為電流計的電流 實驗原理 改進的夫蘭克 赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖 電子由陰極K發(fā)出 陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K及與第二柵極G2之間的加速電壓VG2K使電子加速 在板極A和第二柵極G2之間可設(shè)置減速電壓VG2A 設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E0 第一激發(fā)態(tài)的能量為E1 初速為零的電子在電位差為V的加速電場作用下 獲得能量為eV 具有這種能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞 當(dāng)電子能量eV E1 E0時 電子能量幾乎不損失 如果eV E1 E0 E 則汞原子從電子中取得能量 E 而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài) E eVC 相應(yīng)的電位差VC即為汞原子的第一激發(fā)電位 在實驗中 逐漸增加VG2K 由電流計讀出板極電流IA 得到如下圖所示的變化曲線 4 玻爾理論的局限性 5 電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率 電子云 演示1 演示2 練習(xí) 1 對玻爾理論的下列說法中 正確的是 A 繼承了盧瑟福的原子模型 但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B 對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于 做加速運動的電荷要輻射電磁波 的觀點表示贊同C 用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系D 玻爾的兩個公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計算出來的 ACD 2 下面關(guān)于玻爾理論的解釋中 不正確的說法是 A 原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中 每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量B 原子中 雖然核外電子不斷做加速運動 但只要能量狀態(tài)不改變 就不會向外輻射能量C 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時 一定要輻射一定頻率的光子D 原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道 并且這些軌道是不連續(xù)的 C 3 根據(jù)玻爾理論 氫原子中 量子數(shù)N越大 則下列說法中正確的是 A 電子軌道半徑越大B 核外電子的速率越大C 氫原子能級的能量越大D 核外電子的電勢能越大 4 根據(jù)玻爾的原子理論 原子中電子繞核運動的半徑 A 可以取任意值B 可以在某一范圍內(nèi)取任意值C 可以取一系列不連續(xù)的任意值D 是一系列不連續(xù)的特定值 D ACD 5 按照玻爾理論 一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上 已知ra rb 則在此過程中 A 原子要發(fā)出一系列頻率的光子B 原子要吸收一系列頻率的光子C 原子要發(fā)出某一頻率的光子D 原子要吸收某一頻率的光子 C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全