2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第4章原子结构和波粒二象性4.4氢原子光谱和波尔的原子模型(4)课件

氢原子光谱和波尔的原子模型\n一、玻尔原子理论的基本假设：1、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.这些状态叫定态.（本假设是针对原子稳定性提出的）2、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E初）跃迁到另一种定态（设能量为E终）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初E终hv3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的.（针对原子核式模型提出,是能级假设的补充）\n二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的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（包括动能和势能）公式：rn=nr12轨道半径：（n=1,2,3……)能量：Enn21E1（n=1,2,3……)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,n是正整数,叫量子数.(能量级模拟演示）\n三、氢原子的能级图（演示）－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞\n氢原子的能级图赖曼系巴耳末系帕邢系\n1、能级：氢原子的各个定态的能量值,叫它的能级.2、基态：在正常状态下,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.四、能级：\n夫兰克—赫兹实验的历史背景及意义：1911年,卢瑟福根据α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.\n1925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.(JAMESFRANCK)(GUSTAVHERTZ)\n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：(Ｖ为激发电位)\n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.\n\n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VG1K及与第二栅极G2之间的加速电压VG2K使电子加速.在板极A和第二栅极G2之间可设置减速电压VG2A.μAVVG1KKVG2KG1VG2AG2电子汞原子A灯丝夫兰克—赫兹管结构图\n设汞原子的基态能量为E0,第一激发态的能量为E1,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<E1-E0时,电子能量几乎不损失.如果eV≥E1-E0=ΔE,则汞原子从电子中取得能量ΔE,而由基态跃迁到第一激发态,ΔE=eVC.相应的电位差VC即为汞原子的第一激发电位.在实验中,逐渐增加VG2K,由电流计读出板极电流IA,得到如下图所示的变化曲线.图2-2-4夫兰克—赫兹管的IA～VG2K曲线oIAacbdeV1V2V3V4V5V6(uA)VG2Ko\n4.玻尔理论的局限性玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域,提出定态和跃迁概念,成功解释了氢原子光谱,但对多电子原子光谱无法解释,因为玻尔理论仍然以经典理论为基础.如粒子的观念和轨道.●量子化条件的引进没有适当的理论解释.●5.电子在某处单位体积内出现的概率——电子云(演示1.演示2)\n练习：1、对玻尔理论的下列说法中,正确的是（）A、继承了卢瑟福的原子模型,但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ACD\n2、下面关于玻尔理论的解释中,不正确的说法是（）A、原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量B、原子中,虽然核外电子不断做加速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射一定频率的光子D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的C\n3、根据玻尔理论,氢原子中,量子数N越大,则下列说法中正确的是（）A、电子轨道半径越大B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大D、核外电子的电势能越大4、根据玻尔的原子理论,原子中电子绕核运动的半径（）A、可以取任意值B、可以在某一范围内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值DACD\n5、按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上,已知ra>rb,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