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1、4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型氢原子光谱和玻尔的原子模型-2-2 电子绕核运动将不断向外辐射电磁电子绕核运动将不断向外辐射电磁电子绕核运动将不断向外辐射电磁电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道波，电子损失了能量，其轨道波，电子损失了能量，其轨道波，电子损失了能量，其轨道半径不断半径不断半径不断半径不断缩小，缩小，缩小，缩小，最终落在原子核上最终落在原子核上最终落在原子核上最终落在原子核上,而使原子变而使原子变而使原子变而使原子变得得得得不稳定不稳定不稳定不稳定+经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事实实实实+由于电子轨道的变化是连续的，辐射电由于电子轨
2、道的变化是连续的，辐射电由于电子轨道的变化是连续的，辐射电由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是原子光谱应该是原子光谱应该是原子光谱应该是连续光谱连续光谱连续光谱连续光谱经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事事事事实实实实 原子光谱是原子光谱是不连续不连续的的线状谱线状谱玻尔玻尔原子理论假设的基础原子理论假设的基础普朗克黑体辐射的量子论普朗克黑体辐射的量子论爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论玻玻尔原子结构假说尔原
3、子结构假说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且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射2、原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态波尔指出，原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的19131913年玻尔提出了自己的原子结构假说年玻尔提出了自己的原子结构假说针对原子的核式结构模型针对原子的核式结构模型针对原子的稳定性针对原子的稳定性玻尔，丹麦物理学家玻尔，丹麦物理学家1885年年10月月7日日1962年年11月月18日，日，1922获得诺贝尔物理学奖获得诺贝尔物理学奖针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出+rnn=1n=2n=3v-n
4、=4n=绕绕核核运运动动的的电电子子轨轨道道半半径径只只能能是是某某些些分立分立的数值。的数值。轨道量子化：轨道量子化：氢原子：氢原子：量子数量子数针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出n=能级：能级：原子的在原子的在各种定态各种定态时的时的能量值能量值定态定态：原子具有原子具有确定能量确定能量的稳定状态的稳定状态基态：基态：能量能量最低最低的状态的状态(离核最近离核最近)激发态：激发态：其他的能量状态其他的能量状态能量量子化：能量量子化：氢原子：氢原子：原子的能量原子的能量与与电子所在的轨道电子所在的轨道相对应相对应当当电子电子在不同的轨道上运动时在不同的轨道上运动时，原子原子具有不同的能
5、量。具有不同的能量。电子电子轨道轨道与与原子能级原子能级的对应的对应关系关系基态基态激激发发态态E41234E1E3E2En轨道与能级相对应轨道与能级相对应原子原子能级图能级图第第1激发态激发态第第n-1激发态激发态电子电子轨道图轨道图氢原子：氢原子：+n=1n=2n=3v-n=4v-v-v-n=针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出+m mn n低能级（低能级（En）高能级（高能级（Em）电子电子吸收光子吸收光子克服库仑引力做功，原子克服库仑引力做功，原子能量增加能量增加电子电子辐射光子辐射光子，原子，原子能量减少能量减少跃跃 迁迁频率条件频率条件:-二、玻尔理论对氢光谱的解释二、
6、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释轨道量子化：轨道量子化：氢原子：氢原子：能量量子化：能量量子化：氢原子：氢原子：频率条件频率条件:（辐射条件）（辐射条件）玻玻尔尔原原子子模模型型E/eV0 1、电子从高能级向低能级、电子从高能级向低能级跃迁跃迁（自发跃迁）处于处于激发态激发态的原子是的原子是不稳定不稳定的，可的，可自发地自发地经过经过一次或几次一次或几次跃迁跃迁到达基态到达基态。发射光子的能量：发射光子的能量：发射光子发射光子 由于由于能级是分立的能级是分立的，所以，所以放出的光子的能量也是分立的放出的光子的能量也是分立的，因此原子的，因此原子的发射光
7、谱只发射光谱只有一些分立的亮线。有一些分立的亮线。-2、电子从低能级向高能级、电子从低能级向高能级跃迁跃迁（受激跃迁）吸收光子的能量：吸收光子的能量：吸收光子吸收光子-吸收光子的能量吸收光子的能量必须等于必须等于能级差能级差-处于处于某个能级的电子吸收能量，某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，挣脱原子核的束缚，成为成为自由电子自由电子的现象，叫的现象，叫做做电离电离。电离后。电离后自由电子自由电子动能动能EK=hv-En发射光谱的发射光谱的明线明线与吸收光谱的与吸收光谱的暗暗线线频率相同频率相同电子从电子从低低能级向能级向高高能级跃迁（能级跃迁（受激跃迁受激跃迁）：）：吸收吸收光子（光照
8、光子（光照）1 1）原子）原子）原子）原子的电离的电离的电离的电离:原子原子原子原子由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁到最高能级到最高能级到最高能级到最高能级n=n=的过程的过程的过程的过程。（对于能量对于能量大于或大于或等于等于13.6eV13.6eV的光子的光子，氢原子电离，氢原子电离，即原子结构被即原子结构被破坏破坏）电离后电子剩余动能为：电离后电子剩余动能为：注意：注意：E En n为负值为负值电离条件电离条件：跃迁条件跃迁条件：要么全被吸收，要么不吸收。要么全被吸收，要么不吸收。吸收能量吸收能量吸收吸收实物粒子能量（碰撞、加热）实物粒子能量（碰撞
9、、加热）只要实物只要实物粒子（如微观粒子中的粒子（如微观粒子中的电子电子、粒子粒子等）能量等）能量足以使氢原子向高能级跃足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子迁，就能被氢原子全部吸收或部分吸收全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子物粒子动能（自己保留）。动能（自己保留）。电离电离后电子后电子剩余动能为：剩余动能为：2 2）实物）实物）实物）实物粒子粒子粒子粒子使原子使原子使原子使原子跃迁跃迁跃迁跃迁（nmnm）:实物实物粒子的能量粒子的能量可以全部或部分被吸收，可以全部或部分被吸收，需要多少，需要多少，吸收多少。多余吸收多少。多余的
10、的能量由实物粒子自己保留。能量由实物粒子自己保留。1 1）原子）原子）原子）原子的电离的电离的电离的电离:原子原子原子原子由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁由某一定态轨道跃迁到最高能级到最高能级到最高能级到最高能级n=n=的过程的过程的过程的过程。电离条件电离条件：注意：注意：E En n为负值为负值氢原子能级图跃迁条件跃迁条件：从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）n-0.85-13.60-0.54-1.51-3.4E/eV巴耳末系巴耳末系赖曼系赖曼系帕邢系帕邢系思考思考:在具有下列能在具有下列能量的光子中量的光子中,能被基能被基态氢离子吸收而发
11、态氢离子吸收而发生跃迁的是生跃迁的是()A、13.6eV B、12.75eV C、10ev D、1.9eV玻尔理论成功解释了氢光谱的规律玻尔理论成功解释了氢光谱的规律,甚至预言了氢原子的其他谱线系甚至预言了氢原子的其他谱线系氢原子的能级图氢原子的能级图氢原子的能级图氢原子的能级图布喇开系布喇开系玻尔在解决核外电子的运动玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了时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、轨道粒子、轨道”等等经典概念经典概念和有关和有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的困难困难困难
12、困难没有绕开没有绕开经典理论经典理论无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释谱线的强度等无法解释谱线的强度等1 1、玻尔理论的局限性、玻尔理论的局限性2 2、原子结构理论的发展过程、原子结构理论的发展过程汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型原子不可割原子不可割汤姆孙的西瓜模型汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型复杂（氦）复杂（氦）原子光谱原子光谱量子力学量子力学理论理论玻尔模型玻尔模型建建 立立否否 定定建
13、建 立立否否 定定建建 立立否否 定定否否 定定观观察察与与实实验验所所获获得得的的事事实实建建 立立 科科 学学模模型型提提出出科科学学假假说说玻尔模型玻尔模型彻底放弃经典概念，彻底放弃经典概念，用电子用电子云概念取代经典的轨道概念云概念取代经典的轨道概念建建 立立电子云电子云电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积内出现的概率 课堂小结课堂小结提出假说提出假说-玻尔的原子结构假说：玻尔的原子结构假说：1）轨道量子化假说）轨道量子化假说 2）能量量子化假说）能量量子化假说 3）跃迁假说：）跃迁假说：提出问题：原子的稳定性、原子光谱是线状谱提出问题：原子的稳定性、原子光谱是线状谱验证：
14、氢原子光谱验证：氢原子光谱 （弗兰克（弗兰克赫兹实验）赫兹实验）【例1】（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（）A.原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率ABCABC【练1】关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是()A.氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B.氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C.氢原子从基态向较高能量态跃迁时，
15、电子的动能减小D.氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小C【例2】（多选）根据玻尔理论，氢原子的核外电子在离核最近的第一条轨道和第二条轨道上运动时（）A.第二条轨道上动能小 B.第二条轨道上电势能小 C.第二条轨道上氢原子能量小 D.第二条轨道上电离能小AD【练2】（多选）按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（）A.第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rm：rn=m2：n2B.电子沿一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率为v，则其发光频率也是vC.第m个定态和第n个定态的能量Em：En之比为 n2：m2D.若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为=E/hAC【例3】利
16、用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克常数为6.631034Js）（）A.3.081014Hz B.3.081015Hz C.1.931014Hz D.1.931014HzB【练3】（多选）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E154.4eV，氦离子能级的示意图如下所示。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）A.40.8eV B.43.2eV C.51.0eV D.54.4eVACD【例4】原子核外甲
17、处电子云密度是乙处的三倍，说明（）A.在甲处出现的电子至少有三个 B.该原子至少有四个电子 C.电子在甲处出现的机会是乙处的三倍 D.电子在丙处不出现C在解决核外电子的运动时成功引在解决核外电子的运动时成功引在解决核外电子的运动时成功引在解决核外电子的运动时成功引入了入了入了入了量子化量子化量子化量子化的观念的观念的观念的观念同时又应用了同时又应用了同时又应用了同时又应用了“粒子、轨道粒子、轨道粒子、轨道粒子、轨道”等等等等经典概念经典概念经典概念经典概念和有关和有关和有关和有关牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学规律规律规律规律 除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的除了氢原子光谱外，在
18、解决其他问题上遇到了很大的除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难困难困难困难氦原子光谱氦原子光谱氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释。量子化条件的引进没有适当的理论解释。量子化条件的引进没有适当的理论解释。量子化条件的引进没有适当的理论解释。玻尔理论玻尔理论玻尔理论玻尔理论成功成功成功成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的也有它的也有它的也有它的局限性局限性局限性局限性三
19、、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的汤姆孙的西瓜模型西瓜模型 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的卢瑟福的核式结构模型核式结构模型原子不可割原子不可割汤姆孙的汤姆孙的西瓜模型西瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验卢瑟福的核式卢瑟福的核式结构模型结构模型矛盾矛盾玻尔模型玻尔模型复杂复杂(氦氦)原子光谱原子光谱量子力学理论量子力学理论矛盾矛盾矛盾矛盾否否 定定建建 立立否否 定定建建 立立否否 定定建建 立立玻尔模型玻尔模型否否 定定建建 立立修正修正修正修正1.1.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（对玻尔理论的
20、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.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假设假设假设B.B.对经典电磁理论中关于对经典电磁理论中关于对经典电磁理论中关于对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波做加速运动的电荷要辐射电磁波做加速运动的电荷要辐射电磁波做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点的观点的观点的观点提出了异议提出了异议提出了异议提出了异议C.C.用能量转化
21、与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量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关系关系关系D.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计算出来的计算出来的计算出来的ABCDABCD小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀2.2.下面关于玻尔理论的解释中，
22、不正确的说法是（下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）A.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.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，就原子中，虽然核外电子不断做加
23、速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量不会向外辐射能量不会向外辐射能量不会向外辐射能量C.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.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续的续的续的C小试
24、牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀3.3.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 N越大，则下列说法中正确的是越大，则下列说法中正确的是越大，则下列说法中正确的是越大，则下列说法中正确的是（）A.A.电子轨道半径越大电子轨道半径越大电子轨道半径越大电子轨道半径越大 B.B.核外电子的速率越大核外电子的速率越大核外电子的速率越大核外电子的速率越大C.C.氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大氢原子能级的能量越大 D.D.核外电子的电势能越大核外电子的电势能越大核外电子的电势能越大核外电子的电势能越
25、大ACD小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀4.4.根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）A.A.可以取任意值可以取任意值可以取任意值可以取任意值 B.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.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.D.是一系列不连续的特定值是一系列不连续的特定值是一系列不连续的特定值是一系列不连续的特
26、定值D小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀5.5.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r ra a的圆轨道自发地直的圆轨道自发地直的圆轨道自发地直的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为接跃迁到一半径为接跃迁到一半径为接跃迁到一半径为r rb b的圆轨道上，已知的圆轨道上，已知的圆轨道上，已知的圆轨道上，已知r ra arrb b，则在此过程中（，则在此过程中（，则在此过程中（，则在此过程中（）A.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原子要发出一系列频率的
27、光子原子要发出一系列频率的光子B.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.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.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小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀6、如果大量氢原子处在、如果大量氢原子处在n=4的能级的能级,会辐射出几种频率的光会辐射出几种频率的光?其中波其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的?小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀