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1、 玻尔的原子模型 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、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、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E初初）跃迁）跃迁到另一种定态（到另一种定态（设能量为设能量为E终终）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量差一定频率的光子，光子
2、的能量由这两种定态的能量差决定，即决定，即 （本假设针对线状谱提出）（本假设针对线状谱提出）E初 E终 h v 3 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不、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，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）核式模型提出，是能级假设的补充）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=
3、n r12轨道半径：轨道半径：（n=1,2,3)能能 量：量：Enn21E1（n=1,2,3)式中式中r r1 1、E E1 1、分别代表第一条（即离核最近分别代表第一条（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）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，的能量，r rn n、E En n 分别代表第分别代表第n n条可能轨道的半径和条可能轨道的半径和电子在第电子在第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，是正整数，叫叫量子数量子数。(能量级模拟演示）能量级模拟演示）三、氢原子的能级图（演示）-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVn
4、E/eV氢原子的能级图氢原子的能级图赖曼系巴耳末系帕邢系 1、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：夫兰克夫兰克赫兹实验的历史背景及意义：赫兹实验的历史背景及意义：19111911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。式结构模型。19131913年
5、，玻尔将普朗克量子假说运用到原子年，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：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
6、的验证。随后，在必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在19141914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气年，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体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立与光谱研究相独立)，简单而巧妙地，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。有力的证据。1925 1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年，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（年的诺贝尔物理学奖（19261926年于德国洛丁根补发）。年于德国洛丁根补发）。夫兰
7、克夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手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。的经典实验。(JAMES FRANCK)(GUSTAV HERTZ)夫兰克夫兰克赫兹实验的理论基础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的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值Ei(iEi(i=1,2,3)=1,2,3)，这些能量值称为能级。最低能级所对，这些能量值称为能级。最低
8、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。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。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：(为激发电位为激发电位)夫兰克夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由阴级验用的是汞。电子由阴级K K
9、发出，发出，K K与栅极与栅极G G之间有加速之间有加速电场，电场，G G与接收极与接收极A A之间有减速电场。当电子在之间有减速电场。当电子在KGKG空间经空间经过加速、碰撞后，进入过加速、碰撞后，进入KGKG空间时，能量足以冲过减速电空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。场，就成为电流计的电流。实验原理：实验原理：改进的夫兰克改进的夫兰克-赫兹赫兹管的基本结构见右图。电管的基本结构见右图。电子由阴极子由阴极K K发出，阴极发出，阴极K K和和第一栅极第一栅极G1G1之间的加速电之间的加速电压压VGVG1 1K K及与第二栅极及与第二栅极G G2 2之之间的加速电压间的加速电压V
10、GVG2 2K K使电子使电子加速。在板极加速。在板极A A和第二栅和第二栅极极G G2 2之间可设置减速电压之间可设置减速电压VGVG2A2A。AVVG1KKVG2KG1VG2AG2电子汞原子A灯丝夫兰克赫兹管结构图 设汞原子的基态能量为设汞原子的基态能量为E E0 0，第一激发态的能量为，第一激发态的能量为E E1 1，初速为零，初速为零的电子在电位差为的电子在电位差为V V的加速电场作用下，获得能量为的加速电场作用下，获得能量为eVeV，具有这种，具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eVeVE r rb b，则在此过则在此过程中（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 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 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 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C