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●備課資料 一、玻爾生平 玻爾（1885-1962）丹麥物理學(xué)家，生于哥本哈根，1911年畢業(yè)于哥本哈根大學(xué).不久去英國從事研究工作，參加盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)研究小組，研究核式原子模型.他最先發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)對化學(xué)元素的物理和化學(xué)性質(zhì)的重要意義.1913年他把愛因斯坦和普朗克的量子論與核式原子結(jié)合起來，解釋了氫原子的發(fā)射光譜，因而獲得了1922年諾貝爾物理獎.1920年哥本哈根大學(xué)根據(jù)他的倡議成立了一個理論物理研究所，他擔(dān)任了該所的所長，直到逝世. 在1925~1926年間創(chuàng)立量子力學(xué)的過程中，玻爾領(lǐng)導(dǎo)的哥本哈根物理研究所，成為世界原子物理研究中心.稍后他又提出了經(jīng)典規(guī)律和量子規(guī)律之間的對應(yīng)原理.這些工作對量子論和量子力學(xué)的建立起了重要作用.玻爾在原子核反應(yīng)理論方面也有很大的貢獻(xiàn).他提出的原子核的液滴模型對理解核裂變具有重大意義. 1943年，他從德軍占領(lǐng)下的丹麥逃往美國，參加了原子彈的研制工作.戰(zhàn)后他極力主張和平利用原子能，還領(lǐng)導(dǎo)建立了歐洲核子研究中心（CERN）. 玻爾理論中心的普遍規(guī)律 玻爾理論是建立在物理學(xué)三方面的進(jìn)展的基礎(chǔ)上的.這三方面是：（1）光譜的實驗資料和經(jīng)驗規(guī)律；（2）以實驗為基礎(chǔ)的核式結(jié)構(gòu)模型；（3）從黑體輻射的事實發(fā)展出來的量子論.玻爾在這個基礎(chǔ)上推究原子內(nèi)部的情況，在原子物理學(xué)上跨進(jìn)了一大步. 玻爾理論不僅討論了氫原子的具體問題，這還包括著關(guān)于原子的基本規(guī)律.可以做如下陳述： （1）原子只能較長久地停留在一些穩(wěn)定的狀態(tài)（簡稱定態(tài)）.原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)出或吸收能量；各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的，原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，這只能使原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài). （2）原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射的頻率是一定的.如果用E1和E2代表有關(guān)二定態(tài)的能量，輻射的頻率ν決定于如下關(guān)系： hν =Em-En 式中h為普朗克常數(shù). 上述第一條是關(guān)于原子的量子化的定態(tài)的陳述.第二條是輻射的頻率法則.這些規(guī)律不僅對一切原子是正確的，而且對其他微觀客體也是適用的，因而是重要的普遍規(guī)律.量子化是微觀客體的特征，也是它的基本性質(zhì). 二、玻爾的原子模型 1.盧瑟福模型的困難 （1）電子繞核運(yùn)動應(yīng)輻射電磁波，能量逐漸減少，軌道半徑不斷變小，最終將落入原子核，即原子應(yīng)是不穩(wěn)定的.這與實際情況不符. （2）電子繞核運(yùn)動輻射的電磁波的頻率等于運(yùn)行頻率，隨著軌道半徑的變小，電磁波頻率將逐漸變化，因此原子光譜應(yīng)是包含一切頻率的連續(xù)譜.這與實際的原子光譜為線狀譜不符. 2.玻爾理論——三點假設(shè) （1）定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中的原子是穩(wěn)定的，電子繞核運(yùn)動不會輻射能量. （2）躍遷：原子從一種定態(tài)（能量E1）躍遷到另一種定態(tài)（能量E2）需輻射（或吸收）一定頻率的光子.光子的能量為hν=E1-E2. （3）軌道量子化：原子核外電子只能在一系列不連續(xù)的軌道上運(yùn)動. 3.氫原子的兩個公式 軌道半徑公式Rn=n2R1,n=1,2,3,… 能級公式En=E1/n2,n=1,2,3,… 式中R1=0.5310-10 m，是電子離核最近的軌道半徑；E1=-13.6 eV,是氫原子基態(tài)的能量. 4.氫原子的能級 2019-2020年高三物理 電子論初步 三、能級(備課資料) 氫原子的各種定態(tài)時的能量值叫做能級，根據(jù)以上的計算，可畫出示意的能級圖. 原子最低能級所對應(yīng)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. 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. 明確：原子的能量增加是因為電子增加的電勢能大于電子減少的動能；反之原子的能量減少是因為電子減少的電勢能大于電子增加的動能. 原子無論吸收能量還是輻射能量，這個能量不是任意的，而是等于原子發(fā)生躍遷的兩個能級間的能量差. 明確：一個原子可以有許多不同的能量狀態(tài)和相應(yīng)的能級，但在某一時刻，一個原子不可能既處于這一狀態(tài)也處于那一狀態(tài).如果有大量的原子，它們之中有的處于這一狀態(tài)，有的處于那一狀態(tài).氫光譜的觀測就說明了這一事實，它的光譜線不是一個氫原子發(fā)出的，而是不同的氫原子從不同的能級躍遷到另一些不同能級的結(jié)果. 三、玻爾理論的成功和局限 1.用玻爾理論解釋氫光譜 圖21—10 （1）原子發(fā)光是能級間躍遷的結(jié)果，所輻射（或吸收）的光子頻率為ν=(Em-En)/h （2）氫原子從不同高能態(tài)向同一低能態(tài)躍遷時輻射的光屬于同一譜系. （3）氫原子從不同高能態(tài)躍向n=2的能級時輻射的光屬于巴耳末線系；從不同高能態(tài)躍向n=3的能級時輻射的光屬于帕邢線系；…（圖21—10） 2.玻爾理論成功的原因及其局限性 成功原因：引入量子化概念，無論是電子繞核運(yùn)動的軌道或原子的能級都是分立的，不連續(xù)的. 局限性：保留了過多的經(jīng)典物理理論.如玻爾理論依然有電子軌道的經(jīng)典觀念，按照近代量子力學(xué)觀點，所謂電子軌道只不過是電子出現(xiàn)幾率最大的地方.電子在核外的運(yùn)動情況，應(yīng)該用“電子云”來形象地描述.