高中物理《玻爾的原子模型》課件五（21張PPT）（新人教版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 18 4玻爾的原子模型 19世紀(jì)末20世紀(jì)初 人類叩開了微觀世界的大門 物理學(xué)家根據(jù)有研究提出了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的各種模型 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋 散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 得到了許多人的支持 但是與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾 也有很多人反對(duì) 歷史回顧 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型存在哪些致命的弱點(diǎn) 原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾 核外電子繞核運(yùn)動(dòng) 事實(shí)上 原子是穩(wěn)定的 輻射電磁波頻率只是某些確定值 歷史回顧 如何解決這個(gè)矛盾 哪些科學(xué)家的觀點(diǎn)可以啟發(fā)我們呢 2 能級(jí)假設(shè) a 電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí) 原子處于不同狀態(tài)具有不同能量 所以原子能量也是量子化的 b 原子量子化的能量值叫能級(jí) 原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài) 能量最低的狀態(tài)叫基態(tài) 其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的 3 頻率條件 電子從一種定態(tài)軌道 設(shè)能量為Em 躍遷到另一種定態(tài) 設(shè)能量為En 時(shí) 它輻射 或吸收 一定頻率的光子 光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定 即 本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出 1 軌道量子化 圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值 即電子的軌道是量子化的 針對(duì)原子核式模型提出 是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充 一 玻爾原子理論的基本假設(shè) 1913年玻爾提出 軌道半徑 能量 n 1 2 3 式中r1 0 53 10 10 E1 13 6ev分別代表第一條 即離核最近的 可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 rn En分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 包括動(dòng)能和勢(shì)能 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 二 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 思考 比較和 利用波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系 試推導(dǎo)氫原子能級(jí)表達(dá)式 如何解釋你得到的結(jié)論 氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量 2 氫原子的能級(jí)圖 演示 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0eV n E eV 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 二 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 賴曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇開系 普豐德系 n 6 n 5 n 4 n 1 n 3 n 2 根據(jù) E hv c v又E 1 89eV 3 03 10 19J所以 hc E 6 63 10 34 3 0 10 8 3 03 10 19J 6 57 10 7 m 巴爾末系 二 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 H H H H 二 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 H H H H n 6 n 5 n 4 n 1 n 3 n 2 巴爾末系氫吸收光譜 玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條件問題 但是也有它的局限性 在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念 同時(shí)又應(yīng)用了 粒子 軌道 等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)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 三 玻爾模型的局限性 氦原子光譜 量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉?三 玻爾模型的局限性 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義 1911年 盧瑟福根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn) 提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 1913年 玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型 建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念 原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念 電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)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(jí)間的能量差 隨著英國(guó)物理學(xué)家埃萬斯對(duì)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(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證 隨后 在1914年 德國(guó)科學(xué)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(dú)立 簡(jiǎn)單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在 從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù) 科學(xué)足跡 1925年 由于他二人的卓越貢獻(xiàn) 他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 1926年于德國(guó)洛丁根補(bǔ)發(fā) 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一 所以 在近代物理實(shí)驗(yàn)中 仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn) JAMESFRANCK GUSTAVHERTZ 科學(xué)足跡 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ) 根據(jù)玻爾的原子理論 原子只能處于一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)之中 其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值Ei i 1 2 3 這些能量值稱為能級(jí) 最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài) 其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就會(huì)吸收或輻射一定頻率的電磁波 頻率大小決定于原子所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差 h為普朗克常數(shù) 本實(shí)驗(yàn)中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實(shí)現(xiàn) 并滿足能量選擇定則 為激發(fā)電位 科學(xué)足跡 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測(cè)量的氣體 本實(shí)驗(yàn)用的是汞 電子由陰級(jí)K發(fā)出 K與柵極G之間有加速電場(chǎng) G與接收極A之間有減速電場(chǎng) 當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速 碰撞后 進(jìn)入KG空間時(shí) 能量足以沖過減速電場(chǎng) 就成為電流計(jì)的電流 科學(xué)足跡 科學(xué)足跡 實(shí)驗(yàn)原理 改進(jìn)的夫蘭克 赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖 電子由陰極K發(fā)出 陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K及與第二柵極G2之間的加速電壓VG2K使電子加速 在板極A和第二柵極G2之間可設(shè)置減速電壓VG2A 科學(xué)足跡 設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E0 第一激發(fā)態(tài)的能量為E1 初速為零的電子在電位差為V的加速電場(chǎng)作用下 獲得能量為eV 具有這種能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞 當(dāng)電子能量eV E1 E0時(shí) 電子能量幾乎不損失 如果eV E1 E0 E 則汞原子從電子中取得能量 E 而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài) E eVC 相應(yīng)的電位差VC即為汞原子的第一激發(fā)電位 在實(shí)驗(yàn)中 逐漸增加VG2K 由電流計(jì)讀出板極電流IA 得到如下圖所示的變化曲線 科學(xué)足跡 1 對(duì)玻爾理論的下列說法中 正確的是 A 繼承了盧瑟福的原子模型 但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B 對(duì)經(jīng)典電磁理論中關(guān)于 做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波 的觀點(diǎn)表示贊同C 用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系D 玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來的 ACD 練習(xí) 2 下面關(guān)于玻爾理論的解釋中 不正確的說法是 A 原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中 每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量B 原子中 雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng) 但只要能量狀態(tài)不改變 就不會(huì)向外輻射能量C 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí) 一定要輻射一定頻率的光子D 原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道 并且這些軌道是不連續(xù)的 C 練習(xí) 3 根據(jù)玻爾理論 氫原子中 量子數(shù)N越大 則下列說法中正確的是 A 電子軌道半徑越大B 核外電子的速率越大C 氫原子能級(jí)的能量越大D 核外電子的電勢(shì)能越大 4 根據(jù)玻爾的原子理論 原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑 A 可以取任意值B 可以在某一范圍內(nèi)取任意值C 可以取一系列不連續(xù)的任意值D 是一系列不連續(xù)的特定值 D ACD 練習(xí) 5 按照玻爾理論 一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上 已知ra rb 則在此過程中 A 原子要發(fā)出一系列頻率的光子B 原子要吸收一系列頻率的光子C 原子要發(fā)出某一頻率的光子D 原子要吸收某一頻率的光子 C 練習(xí) 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全