3-53.3量子论视野下的原子模型.ppt

3.3量子论视野下的原子模型量子论视野下的原子模型回顾回顾 卢瑟福的原子核式结构学说很好地卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了解释了a a粒子的散射实验，初步建立了粒子的散射实验，初步建立了原子结构的正确图景，但跟经典的电原子结构的正确图景，但跟经典的电磁理论发生了矛盾磁理论发生了矛盾经典理论的困难经典理论的困难核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上：事实上：原子是稳定的原子是稳定的辐射电磁波频率只是辐射电磁波频率只是某些确定值某些确定值一、玻尔把量子论引入原子模型：一、玻尔把量子论引入原子模型： 为了解决这个矛盾，为了解决这个矛盾，19131913年年玻尔玻尔在卢瑟在卢瑟福学说的基础上，福学说的基础上，把普郎克的量子理论运把普郎克的量子理论运用到原子系统用到原子系统上，提出了上，提出了玻尔理论玻尔理论玻尔理论的主要内容：玻尔理论的主要内容： 1 1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中，、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，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。

这些状态叫但并不向外辐射能量这些状态叫定态定态能量最低的状态叫能量最低的状态叫基态基态，其他状态叫，其他状态叫激发态激发态氢原子氢原子在基态（第一能级）的能量：在基态（第一能级）的能量： 2 2、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨轨道道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因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此电子的可能轨道的分布也是不连续的氢原子氢原子中电子轨道的最小半径中电子轨道的最小半径轨道假设轨道假设 4 3 2 1 rn=n2r1En= 式中式中r r1 1 ( r ( r1 1 =0.53 =0.53××1010－－1010m )m )、、E E1 1 ( E ( E1 1= =－－13.6eV)13.6eV)、、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电分别代表第一条（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，子在这条轨道上运动时的能量，r rn n、、E En n 分别代表第分别代表第n n条条可能轨道的半径和电子在第可能轨道的半径和电子在第n n条轨道上运动时的能量，条轨道上运动时的能量，n n是正整数，叫是正整数，叫量子数。

量子数玻尔理论玻尔理论 3 3、原子从一种定态（设能量为、原子从一种定态（设能量为Em ））跃迁跃迁到另到另一种定态（设能量为一种定态（设能量为En ）时，它辐射（或吸收））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，即量差决定，即当电子从能量较高的定态轨道（设能量为当电子从能量较高的定态轨道（设能量为Em））跃迁跃迁到能量较低到能量较低的定态轨道（设能量为的定态轨道（设能量为En，，m>n）时，它辐射出一定频率的光）时，它辐射出一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定子，光子的能量由这两种定态的能量差决定反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由两种定态的能量差决定态，吸收的光子的能量同样由两种定态的能量差决定  4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1hv=E2 – E1 1 1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级能级能级：能级：3 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级， 叫做叫做激发态激发态2 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这、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，这种时电子在离核最近的轨道上运动，这种 定态叫定态叫基态基态四、氢原子的能级图：四、氢原子的能级图：nE－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eV∞激激发发态态基态基态大量氢原子处于大量氢原子处于大量氢原子处于大量氢原子处于n=4n=4激发态激发态激发态激发态1 1、会辐射出几种频率的光？、会辐射出几种频率的光？、会辐射出几种频率的光？、会辐射出几种频率的光？2 2、其中波长最短的是在哪、其中波长最短的是在哪、其中波长最短的是在哪、其中波长最短的是在哪两个能级之间跃迁时发两个能级之间跃迁时发两个能级之间跃迁时发两个能级之间跃迁时发出的？出的？出的？出的？1 12 23 34 45 5∞ ∞n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E /eVE /eV光子的能量必须光子的能量必须等于等于能级差能级差电离：电离：电离后电子剩余动能为：电离后电子剩余动能为：电离后电子剩余动能为：电离后电子剩余动能为：注意：注意：En为负值为负值思考思考思考思考: :分别能量为分别能量为分别能量为分别能量为2eV2eV、、、、10eV10eV的光子照射处于的光子照射处于的光子照射处于的光子照射处于n=2n=2激激激激发态的氢原子，结果如何？发态的氢原子，结果如何？发态的氢原子，结果如何？发态的氢原子，结果如何？使原子电离使原子电离使原子电离使原子电离1 12 23 34 45 5∞ ∞n n量子数量子数量子数量子数-13.6-13.6-3.4-3.4-1.51-1.51-0.85-0.85-0.54-0.540 0E E /eV/eV4 4、原子发光现象：、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，这就是射出去，这就是原子发光现象原子发光现象。

六、玻尔理论的成就和局限六、玻尔理论的成就和局限玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题件问题，但是也有它的局限性．，但是也有它的局限性．在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时成功引入了成功引入了量子化量子化的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子粒子、、轨道轨道”等等经典概念经典概念和和有关有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其他除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难．问题上遇到了很大的困难．氦原子光谱氦原子光谱波尔理论还没有完全解波尔理论还没有完全解释微观粒子运动的规律释微观粒子运动的规律六、玻尔理论的成就和局限六、玻尔理论的成就和局限一、玻尔原子理论的基本假设一、玻尔原子理论的基本假设1 1、轨道假设：、轨道假设：2 2、能级假设：、能级假设：3 3、跃迁假设：、跃迁假设：二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性小结小结课堂练习：课堂练习：1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（、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、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和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷做加速运动的电荷 要辐射电磁波要辐射电磁波”的观点提出了异议的观点提出了异议 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与、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、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经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ABCD2、下面关于玻尔理论的解释中，、下面关于玻尔理论的解释中，不正确不正确的说法是（的说法是（ ）） A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状、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、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、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，、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并且这些轨道是不连续的C3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列越大，则下列 说法中正确的是（说法中正确的是（ ）） A、电子轨道半径越大、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大、核外电子的速率越大 C、氢原子能级的能量越大、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大、核外电子的电势能越大ACD4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的 半径（半径（ ）） A、可以取任意值、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值、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、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、是一系列不连续的特定值D5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为、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的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已的圆轨道上，已知知ra>rb，则在此过程中（，则在此过程中（ ）） A、原子要发出一系列频率的光子、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、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、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、原子要吸收某一频率的光子C。