高中物理《玻爾的原子模型》課件二（21張PPT）（新人教版選修3-5）

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歡迎進入物理課堂 玻爾的原子模型 19世紀末20世紀初 人類叩開了微觀世界的大門 物理學家根據(jù)研究提出了關于原子結構的各種模型 盧瑟福的核式結構模型能夠很好的解釋實驗現(xiàn)象 得到了多數(shù)人的支持 但是與經典的電磁理論發(fā)生了矛盾 著名的 粒子散射實驗 按照經典物理學的觀點去推斷 在軌道上運動的電子帶有電荷 運動中要輻射電磁波 電子損失了能量 其軌道半徑不斷縮小 最終落在原子核上 由于電子軌道的變化是連續(xù)的 輻射電磁波的頻率也會連續(xù)變化 事實上 原子是穩(wěn)定的 輻射電磁波的頻率也只是某些確定的值 人們早在了解原子內部結構之前就已經觀察到了氣體光譜 不過那時候無法解釋為什么氣體光譜只有幾條互不相連的特定譜線 1 圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值 這些現(xiàn)象叫做軌道量子化 2 不同的軌道對應著不同的狀態(tài) 在這些狀態(tài)中 盡管電子在做變速運動 卻不輻射能量 因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的 3 原子在不同的狀態(tài)之中具有不同的能量 所以原子的能量也是量子化的 1913年玻爾提出了自己的原子結構假說 玻爾 光子的發(fā)射和吸收 原子也可以從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷 電子所受庫侖力做正功減小電勢能 原子的能量減少要輻射出能量 這一能量以光子的形式放出 原子最低能級所對應的狀態(tài)叫做基態(tài) 比基態(tài)能量高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷 電子克服庫侖引力做功增大電勢能 原子的能量增加要吸收能量 光子的發(fā)射和吸收 原子在始 末兩個能級Em和En Em En 間躍遷時發(fā)射光子的頻率可以由下式決定 光子的發(fā)射和吸收 玻爾從上述假設出發(fā) 利用庫侖定律和牛頓運動定律 計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應的能量 氫原子能級 1 電離 原子吸收能量使電子脫離原子束縛的現(xiàn)象 2 能級 氫原子在各種定態(tài)時的能量值叫做能級 3 量子數(shù)n 按能級由低到高為1 2 3 n n為整數(shù) 如 氫原子各能級可表示為E1 E2 E3 En 例題 用13 0eV的電子轟擊基態(tài)的氫原子 1 試確定氫原子所能達到的最高能態(tài) 2 氫原子由上述最高能態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子可能的波長為多少 3 欲使處于基態(tài)的氫原子電離至少用多大能量的電子轟擊氫原子 解 1 n 4 2 可能的躍遷 n 1 n 2 n 4 n 3 4 2 3 2 3 氫原子電離能 所以至少要13 6eV能量的電子 結論 能較好地解釋氫原子光譜和類氫原子光譜 夫蘭克 赫茲實驗 歷史背景及意義 1911年 盧瑟福根據(jù) 粒子散射實驗 提出了原子核式結構模型 1913年 玻爾將普朗克量子假說運用到原子核式結構模型 建立了與經典理論相違背的兩個重要概念 原子定態(tài)能級和能級躍遷概念 電子在能級之間躍遷時伴隨電磁波的吸收和發(fā)射 電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差 隨著英國物理學家埃萬斯對光譜的研究 玻爾理論被確立 但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨立的實驗方法的驗證 隨后 在1914年 德國科學家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法 與光譜研究相獨立 簡單而巧妙地直接證實了原子能級的存在 從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù) 夫蘭克 赫茲實驗 1914 實驗裝置 K極 G極 G極 加反向電壓 P極 電子在其中的運動簡單描述 從熱陰極K發(fā)出 經UGK電場加速運動到柵極G 由于接受極電壓小于柵極電壓 電子在G P過程中將減速 只有到G極的電子具有較大能量時 才可以克服反電場UPG到達接受極板P 從而才可能通過回路 形成電流 因此回路中的電流依賴于電子運動到柵極后的能量 1 調節(jié)UGK兩端電壓 回路中電流將增加 單調關系 2 容器內充滿氣體又如何 1 改變V 到達P極的電子增加 2 V 4 9v后 形成一峰值 3 每隔 V 4 9v 就有一峰值出現(xiàn) 為什么 熱陰極 柵極 接受極 汞蒸氣 獲得1925年諾貝爾物理學獎 汞原子選擇吸收 其內存在一個能量為4 9eV的量子態(tài) 電子能量小于4 9eV時 電子碰撞汞原子時其能量幾乎沒有損失 電子能量 4 9eV 2 4 9eV 玻爾理論成功的解釋并預言了氫原子輻射的電磁波的問題 但是也有它的局限性 在解決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念 同時又應用了 軌道 等經典概念和有關牛頓力學規(guī)律 除了氫原子光譜外 在解決其他問題上遇到了很大的困難 電子在某處單位體積內出現(xiàn)的概率 電子云 玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條件問題 把原子結構的理論向前推進了一步 謝謝再見 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全