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第十八章原子結(jié)構 第四節(jié)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)有研究提出了關于原子結(jié)構的各種模型 盧瑟福的核式結(jié)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(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾 著名的 粒子散射實驗 按照經(jīng)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 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 定態(tài) 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 能級 1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構假說 玻爾 現(xiàn)代物理學認為 原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的 這些能量值叫做能級 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) 氫原子能級 光子的發(fā)射和吸收 原子處于高能級時會自發(fā)地向低能級躍遷 躍遷時電子所受庫侖力做正功減小電勢能 原子的能量減少以光子的形式放出能量 原子在吸收光子后則從較低能級向較高能級躍遷 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?jīng)Q定 頻率條件 輻射條件 人們早在了解原子內(nèi)部結(jié)構之前就已經(jīng)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 玻爾理論很好的解釋了氫原子的光譜 人們早在了解原子內(nèi)部結(jié)構之前就已經(jīng)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 玻爾理論很好的解釋了氫原子的光譜 原子從高能級躍遷到低能級時 輻射光子的能量等于前后兩個能級之差 由于原子的能級不連續(xù) 所以輻射的光子的能量也不連續(xù) 從光譜上看 原子輻射光波的頻率只有若干分立的值 由于不同的原子的結(jié)構不同 能級也就不相同 它們可能輻射的光子也就具有不同的波長 所以每種光譜分布都與其他元素不一樣 這樣我們就可以通過光譜的分析知道發(fā)光的是什么元素 由于這個原因 這種分立的線狀譜又叫原子光譜 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 二 玻爾理論對氫光譜的解釋 氫原子的能級圖 13 6 3 4 1 51 0 85 0 54 0eV n E eV 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 賴曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇開系 普豐德系 二 玻爾理論對氫光譜的解釋 氫原子能級躍遷與光譜圖 巴耳末系 問題1 巴爾末公式有正整數(shù)n出現(xiàn) 這里我們也用正整數(shù)n來標志氫原子的能級 它們之間是否有某種關系 巴爾末公式 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 玻爾理論對氫光譜的解釋 H H H H 二 玻爾理論對氫光譜的解釋 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(jīng)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 當原子處于不同的能級時 電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的 如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率 畫出圖來 就像云霧一樣 可以形象的稱做電子云 鞏固練習 當氫原子位于n 4的能級時 可能發(fā)生的躍遷有哪些 請配合作圖加以解釋 2007天津卷 右圖為氫原子能級的示意圖 現(xiàn)有大量的氫原子處于 的激發(fā)態(tài) 當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光 關于這些光下列說法正確的是 最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由 能級躍到 能級產(chǎn)生的 頻率最小的光是由 能級躍遷到 能級產(chǎn)生的 這些氫原子總共可輻射出 種不同頻率的光 用 能級躍遷到 能級輻射出的光照射逸出功為6 34 的金屬鉑能發(fā)生光電效應 D 2007全國卷 用大量具有一定能力的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子 觀測到了一定數(shù)目的光譜線 調(diào)高電子的能力在此進行觀測 發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條 用 n表示兩側(cè)觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差 E表示調(diào)高后電子的能量 根據(jù)氫原子的能級圖可以判斷 n和E的可能值為 A n 1 13 22eV E 13 32eVB n 2 13 22eV E 13 32eVC n 1 12 75eV E 13 06eVD n 2 12 75eV E 13 06Ev AD