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1、4玻尔的原子模型 1 知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容 2 了解能级 跃迁 能量量子化以及基态 激发态等概念 3 能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型 4 了解玻尔模型的不足之处及其原因 一 玻尔原子理论的基本假设1 轨道假设 原子中的电子在 的作用下绕原子核做 运动 电子绕核运动的轨道半径是 的 只能是某些分立的值 即轨道是 的 库仑引力 圆周 不连续 量子化 2 定态假设 1 定态 电子在不同的轨道上运动时 虽做变速运动 但并不向外辐射电磁波的相对稳定状态 原子处于不同的定态 具有不同的 即原子的能量是 的 2 基态 原子处于 能级时 电子在离核最近的轨道上运动的定态 3 激发态 原子处
2、于 能级时 电子在离核较远的轨道上运动的定态 能量 量子化 最低 较高 3 跃迁假设 原子在不同的定态具有不同的能量 从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或 一定频率的光子 辐射或吸收的光子的能量等于这两个定态的 即 这个公式称为频率条件 又称为辐射条件 吸收 能级差 h Em En 二 玻尔理论对氢光谱的解释和玻尔模型的局限性1 玻尔理论对氢原子光谱的解释 1 从玻尔的基本假设出发 运用经典电磁理论和经典力学理论 可以计算出氢原子可能的 及相应的 2 玻尔理论与巴耳末公式 根据玻尔理论的频率条件可以推导出巴耳末公式 并且从理论上算出里德伯常量R的值 这样得到的结果与实验值相符合 同样玻尔理论也
3、能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系 轨道半径 能量 3 玻尔理论与气体导电管的发光 原子处于基态时最稳定 气体放电时受到高速电子的撞击 有可能跃迁到激发态 处于激发态的原子 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出 最终回到基态 这就是气体导电时发光的机理 4 玻尔理论与原子光谱的分立性 原子从高能级向低能级跃迁时放出的能量等于前后两个能级的 由于原子的 是分立的 所以放出的光子的能量也是分立的 因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 不稳定 光子 能量差 能级 5 玻尔理论与原子的特征谱线 由于不同的原子具有不同的结构 能级各不相同 因此辐射 或吸收 的光子的 也不相同 这就是不同元素的原子具有
4、不同的 的原因 频率 特征谱线 2 玻尔理论的成功之处 玻尔理论第一次将 观念引入原子领域 提出了 和 的概念 成功地解释了 光谱的实验规律 3 玻尔理论的局限性 过多地保留了 理论 即保留了经典粒子的观念 把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动 4 电子云 原子中的电子在各处出现的 不一样 如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的 画出图来 图像就像 一样分布在原子核周围 故称电子云 量子 定态 跃迁 氢原子 经典 概率 概率 云雾 1 判一判 1 玻尔的原子模型的轨道与卢瑟福的行星模型的轨道是不相同的 2 电子在不同的轨道上运动时 具有不同的能量 这个能量与原子的能级无关 3 原子的基
5、态也是能量最低的状态 此时电子的轨道离原子核最近 4 原子核外的电子在一定的轨道上运动时辐射一定的电磁波 所以轨道量子化辐射的能量就是不连续的 5 氢原子线状光谱与原子核外电子的跃迁有关 提示 1 玻尔的原子模型的电子轨道是量子化的 只有当半径的大小符合一定条件时才有可能 卢瑟福的行星模型的电子轨道是任意的 是可以连续变化的 2 电子在不同的轨道上运动时的动能和电势能都与原子核引力密切相关 所以说电子处于不同的轨道时 原子的能级不同 3 电子离原子核越近原子的能量越低 原子越稳定 4 电子发生轨道跃迁时才放出或吸收光子 在一定的轨道上运动时 不辐射电磁波即不辐射光子 5 电子轨道的不连续也决定
6、着原子能级的量子化 电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时吸收或放出的光子的能量就是这两个轨道的能级之差 所以光子的能量及频率 波长都是不连续的 分立的 2 想一想 1 氢原子从高能级向低能级跃迁时 是不是氢原子所处的能级越高 释放的光子能量就越大 提示 不一定 氢原子从高能级向低能级跃迁时 所释放的光子的能量一定等于能级差 氢原子所处的能级越高 跃迁时能级差不一定越大 释放的光子能量也不一定越大 2 针对经典电磁理论解释核式结构的矛盾 科学家又采取了什么方法 提示 玻尔在卢瑟福核式结构的基础上 把量子思想引入原子结构理论 提出了定态和跃迁的概念 成功地解释并且预言了氢原子光谱的实验规律 但在解释比
7、较复杂的原子时遇到了困难 3 电子在核外的运动真的有固定轨道吗 玻尔理论中的轨道量子化又如何解释 提示 在原子内部 电子绕核运动并没有固定的轨道 只不过当原子处于不同的定态时 电子出现在rn n2r1处的几率大 主题一玻尔原子理论的基本假设 问题探究 1 氢原子轨道量子化 能量量子化与定态假设的内容各是什么 轨道量子化与经典的电磁理论有什么不同 提示 1 轨道量子化 玻尔认为在库仑力的作用下 原子中的电子围绕原子核做圆周运动 服从经典力学规律 但是电子的轨道半径不是任意的 只有当半径的大小符合一定条件时 这样的轨道才是可能的 即电子的轨道是量子化的 与经典电磁理论不同之处 电子在这些轨道上绕核
8、的转动是稳定的 不产生电磁辐射 2 能量量子化 当电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的状态 原子在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 这些量子化的能量值叫做能级 3 定态 原子具有确定能量的稳定状态 称为定态 能量最低的状态叫做基态 其他的状态叫做激发态 2 氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么 它和氢原子核外的电子的跃迁有什么联系 提示 1 电子从能量较高的定态轨道 其能量记为Em 跃迁到能量较低的定态轨道 能量记为En 时 会放出能量为h 的光子 h是普朗克常量 这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定 即h Em En m n 这个式子称为频率条件 又称辐射条件
9、2 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频率条件决定 3 电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时 辐射 或吸收 的光子频率等于电子绕核运动的频率吗 为什么 提示 不等于 由玻尔理论知 电子绕核做圆周运动时 不向外辐射能量 原子辐射的能量与电子绕核运动无关 4 氢原子放出一个光子后 根据玻尔理论 氢原子的核外电子的电势能和动能如何变化 提示 氢原子放出一个光子后 核外电子进入低级轨道运行 半径减小 由知 随r变小 电子线速度变大 电子动能增大 当电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道时 电场力做正功 所以电子电势能变小 探究总结 巧解氢原子的结构问题 1 求解电子
10、在某条轨道上的运动动能时 要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来 即用两公式结合判定 2 求解氢原子要吸收一定频率的光子跃迁时 原子在各定态之间跃迁时原子跃迁条件h Em En 一次跃迁只能吸收一个光子的能量 且光子能量恰好等于两能级之差 当原子向电离态跃迁时 吸收的能量大于或等于原子所处能级的能量的绝对值 即h E Em 入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 即时训练 1 多选 玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 A 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做变速运动 但不向外辐射能量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
11、的分布是不连续的C 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时 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 解题探究 1 电子绕核做圆周运动时 能量 2 原子辐射的能量与电子绕核运动 不向外辐射 无关 解析 选A B C A B C三项都是玻尔提出来的假设 其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出 也就是 量子化 的概念 原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应 是经典理论与量子化概念的结合 故A B C正确 电子跃迁时辐射的光子频率由前后能级差决定 与电子绕核运动的频率无关 故D错 2 2014 和平区高二检测 一个氢原子中的电子从一个半径
12、为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道 已知ra rb 则在此过程中 A 原子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 原子要吸收某一频率的光子D 原子要辐射某一频率的光子 解析 选D 因为是从高能级向低能级跃迁 所以应放出光子 故B C错误 直接 从一能级跃迁到另一能级 只对应某一能级差 故只能放出某一频率的光子 故A错误 D正确 主题二玻尔对氢光谱的解释及玻尔模型的局限性 问题探究 1 氢原子是怎样跃迁的 如何用图把它表示出来 提示 从玻尔的基本假设出发 运用经典电磁学和经典力学的理论 可以计算氢原子中电子的可能轨道及相应的能量 rn n2r1 En 式中n 1 2
13、3 其中r1 0 53 10 10m E1 13 6eV n取不同的量子数时 可求得各能级的能量值 并把它跃迁的可能情况画出来就形成了如图的氢原子的能级图 2 如何解释氢气导电发光现象 它的谱线为什么又是分立的 提示 1 通常情况下原子处于基态 基态是最稳定的状态 氢气在放电管中受到高速运动的电子的撞击 跃迁到激发态 处于激发态的原子是不稳定的 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出光子 最终又回到基态 2 氢原子从高能级向低能级跃迁时 放出的光子能量等于前后两个能级的能量差 由于原子的能级是分立的 所以放出的光子的能量也是分立的 因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 由于不同的原子具有不同的结构
14、 能级各不相同 因此辐射 或吸收 的光子也不相同 这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因 3 玻尔理论为什么不能解释复杂一些的原子的光谱现象 玻尔模型的不足之处有哪些 提示 1 对于稍微复杂一些的原子 如氮原子 玻尔理论就无法解释它的光谱现象 这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律 2 玻尔理论的局限性在于保留了经典物理理论 如轨道等经典概念和有关向心力 牛顿第二定律等牛顿力学规律 实际上牛顿力学在微观领域是不适用的 4 为什么要引入电子云的概念 提示 现代量子理论认为 电子也具有波粒二象性 是概率波 只能确定电子某时刻在各个位置出现的概率 当原子处于不同的状态时 电子在各处出现
15、的概率是不一样的 为此引入电子云的概念 形象地描述电子 概率波 的性质 探究总结 1 氢原子能级跃迁的可能情况 氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态 也可能先跃迁到其他低能级的激发态 然后再跃迁到基态 设电子处于n能级 其跃迁的可能情况有种 2 使原子激发的两种情况 1 若原子是吸收光子的能量而被激发 则光子的能量必须等于两能级的能量差 否则不被吸收 2 若原子是吸收外来实物粒子的能量而被激发 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的动能大于或等于两能级的能量差 就可使原子发生能级跃迁 3 电子云示意图的理解 电子云示意图上点的疏密表示电子在该位置出现的
16、概率 并不是打到荧光屏上出现的亮点 不同于学习概率波时因曝光时间短表现出的粒子性 即时训练 1 氢原子部分能级示意图如图所示 不同色光的光子能量如表所示 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条 其颜色分别为 A 红 蓝 靛B 黄 绿C 红 紫D 蓝 靛 紫 解题探究 1 表格中数据表示不同色光光子的 数据 2 原子跃迁时有 光子的能量在可见光范围内 能量 两种 解析 选A 如果激发态的氢原子处于第二能级 能够发出10 2eV的光子 不属于可见光 如果激发态的氢原子处于第三能级 能够发出12 09eV 10 2eV 1 89eV的三种光子 只有1 89eV属于可见光 如果激发态的氢原子处于第四能级 能够发出12 75eV 12 09eV 10 2eV 2 55eV 1 89eV 0 66eV的六种光子 1 89eV和2 55eV属于可见光 1 89eV的光子为红光 2 55eV的光子为蓝 靛光 A正确 2 多选 一群处于基态的氢原子吸收某种光子后 向外辐射了 1 2 3三种频率的光子 且 1 2 3 则 A 被氢原子吸收的光子的能量为h 1B 被氢原子吸收的光子的能量
