湖北省丹江口市高中物理 第十八章 原子结构 4 玻尔的原子模型课件 新人教版选修35.ppt

玻尔的原子模型 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实验现象 得到了多数人的支持 但是与经典的电磁理论发生了矛盾 著名的 粒子散射实验 按照经典物理学的观点去推断 在轨道上运动的电子带有电荷 运动中要辐射电磁波 电子损失了能量 其轨道半径不断缩小 最终落在原子核上 由于电子轨道的变化是连续的 辐射电磁波的频率也会连续变化 事实上 原子是稳定的 辐射电磁波的频率也只是某些确定的值 人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱 不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线 1 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值 这些现象叫做轨道量子化 2 不同的轨道对应着不同的状态 在这些状态中 尽管电子在做变速运动 却不辐射能量 因此这些状态是稳定的 3 原子在不同的状态之中具有不同的能量 所以原子的能量也是量子化的 1913年玻尔提出了自己的原子结构假说 玻尔 光子的发射和吸收 原子也可以从激发态向基态跃迁 电子所受库仑力做正功减小电势能 原子的能量减少要辐射出能量 这一能量以光子的形式放出 原子最低能级所对应的状态叫做基态 比基态能量高的状态叫激发态 原子从基态向激发态跃迁 电子克服库仑引力做功增大电势能 原子的能量增加要吸收能量 光子的发射和吸收 原子在始 末两个能级em和en em en 间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定 光子的发射和吸收 玻尔从上述假设出发 利用库仑定律和牛顿运动定律 计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量 氢原子能级 1 电离 原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象 2 能级 氢原子在各种定态时的能量值叫做能级 3 量子数n 按能级由低到高为1 2 3 n n为整数 如 氢原子各能级可表示为e1 e2 e3 en 例题 用13 0ev的电子轰击基态的氢原子 1 试确定氢原子所能达到的最高能态 2 氢原子由上述最高能态跃迁到基态发出的光子可能的波长为多少 3 欲使处于基态的氢原子电离至少用多大能量的电子轰击氢原子 解 1 n 4 2 可能的跃迁 n 1 n 2 n 4 n 3 4 2 3 2 3 氢原子电离能 所以至少要13 6ev能量的电子 结论 能较好地解释氢原子光谱和类氢原子光谱 夫兰克 赫兹实验 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 夫兰克 赫兹实验 1914 实验装置 k极 g极 g极 加反向电压 p极 电子在其中的运动简单描述 从热阴极k发出 经ugk电场加速运动到栅极g 由于接受极电压小于栅极电压 电子在g p过程中将减速 只有到g极的电子具有较大能量时 才可以克服反电场upg到达接受极板p 从而才可能通过回路 形成电流 因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量 1 调节ugk两端电压 回路中电流将增加 单调关系 2 容器内充满气体又如何 1 改变v 到达p极的电子增加 2 v 4 9v后 形成一峰值 3 每隔 v 4 9v 就有一峰值出现 为什么 热阴极 栅极 接受极 汞蒸气 获得1925年诺贝尔物理学奖 汞原子选择吸收 其内存在一个能量为4 9ev的量子态 电子能量小于4 9ev时 电子碰撞汞原子时其能量几乎没有损失 电子能量 4 9ev 2 4 9ev 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 轨道 等经典概念和有关牛