高三物理 能级ppt

e E Ek E p k 2r
2
氢原子各定态的能量值，为电子绕核运 动的动能Ek和电势能Ep的代数和，因为在选无 穷远处电势能为零的情况下，各定态的电势能 均为负值，且其大小总大于同一定态的动能值， 所以各定态能量值均为负值，因此，不能根据 氢原子的能级公式 E
n 得出氢原子各定态能量与n2成反比的 错误结论。
2、 玻尔的原子模型 卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾 1.原子的稳定性? 2.原子光谱是连续谱还是线状谱?
尼尔斯 · 玻尔丹麦 （1885-1962年）
1885 年，玻尔 (Neils Bohr) 出生于丹 麦．哥本哈根。他的父亲是哥本哈根大学 一名杰出的生理学教授，母亲出生于一个 在银行、政治和教育各界中均很活跃的富 有犹太人家庭。父母从小便很关心玻尔， 使他的天赋得以充分发挥。 1903 年，玻 尔入读哥本哈根大学，主修物理学。玻尔 尚未毕业时，便巳经锋芒毕露，他通过观 察喷射的水流就能精密测量出水的表面张 力。 1909 年，玻尔获理科硕士学位， 1911 年获哲学博士学位。
En
1 2
例题1：按照波尔理论，氢原子核外电子从半 径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能 量变化的说法中，正确的是: D A、电子的动能变大，电势能变大，总能量变大 B、电子的动能变小，电势能变小，总能量变小 C、电子的动能变小，电势能变大，总能量不变 D、电子的动能变小，电势能变大，总能量变大
n－ 1
A.2000
B.2200
C.1600
D.1800
例题7：氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射 出波长为λ1的光子，从能级A跃迁到能级C时， 辐射出波长为λ2的光子，若λ1 > λ2 ,则氢原子从 能级B跃迁到能级C时，将辐射还是吸收光子？ 光子的波长为多大？
X射线照射 激发荧光，通 过分析荧光判 断越王勾践宝 剑的成分．ຫໍສະໝຸດ 5、玻尔理论的成功与局限之处
1)成功之处： 引入了“量子”的观 念 成功解释了氢原子的线状光谱
2)局限之处： 过多地引用了经典的物理理论
对于外层电子较多元素的原子光谱， 其理论与事实相差很大
取而代之的是“量子力学”
6、氢原子的能量
圆周运动 电场变化 辐射电磁波 能量减小 轨道半径减小 最终落到原子核上 原子是不稳定的 圆周运动 向外辐射能量 轨道半径连续减小 f匀圆逐渐增大 f波= f匀圆 辐射电磁波的频率 应连续变化
事 实
原子是稳定的
辐射的电磁波的频 率只是某些确定值
以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的 经典电磁理论不适用于原子这样小的物体 产生的微观现象。 为了解决这个矛盾，1913年玻尔在卢 瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论 运用到原子系统上，提出了玻尔理论。
玻尔年轻时，和他的兄弟曾是丹麦 国家足球队的队员。当1922年在斯德哥 尔摩给他授奖时，有一丹麦报纸这样风 趣地报导说：授予“著名足球运动员尼 耳斯.玻尔”诺贝尔奖金。
玻尔原子结构模型
⑴原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状 态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐 射能量。这些状态叫做定态。——定态假设 ⑵原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射或吸 收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量 差决定，即hν=E初－E终。——跃迁假设
Ek hv En hv En
注意：En为负值 思考:分别能量为2eV、10eV的光子照射处于 n=2激发态的氢原子，结果如何？
3)实物粒子使原子跃迁
跃迁：
E电子 Em En
实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物 粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所 以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两 定态能量之差，也可使原子受激发而向较高 能级跃迁。
爱因斯坦一直对量子力学的概率解释感到不满， 他曾在写给玻尔的信中提到: 「量子力学虽然令 人赞叹，但在我的心中有个声音告诉我，它还不 是那真实的东西……我无论如何也不相信上帝会 在掷骰子!」本世纪最伟大的两位科学巨人之间的 大战就此揭开序幕．
爱因斯坦曾提出许多 “矛盾”，企图证明量子 力学站不住脚。但是，玻 尔对这些“矛盾”经过分 析之后，反倒帮助阐明了 量子力学的原理。
量
子
化
初
步
能
级
19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世 界的大门，物理学家根据有研究提出了关 于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结 构模型能够很好的解释实验现象，得到了 多数人的支持，但是与经典的电磁理论发 生了矛盾． 著名的 粒子散射实验
1.原子核式结构与经典电磁理论的矛盾：
由 经 典 电 磁 理 论
思考:用动能为12ev、15ev的电子与 氢原子碰撞，氢原子是否能发生跃迁
4、光谱
复色光通过三棱镜后在光屏 1)发射光谱： 上所形成的彩色光带
物质发光直接产生的光谱
①连续光谱： 连续分布着包含从红光到紫光的各种色光的光谱
产生：由炽热的固体、液体、高压气体发 光而产生
②原子光谱： 产生：由稀薄气体发光而产生 只包含一些不连续亮线的光谱,其中的亮线称为谱线 不同元素的原子发光其谱线一般不同，故将谱线称 为特征谱线 2)吸收光谱： 高温物体发出的白光通过物质时，某些小长的光被 物质吸收后产生的光谱
电离： 核外电子脱离核的束缚状态
原子的能量值最高
玻尔从上述假设出发，利用库仑定律 和牛顿运动定律，计算出了氢的电子 可能的轨道半径和对应的能量．
氢 原 子 能 级
rn n r1
2
1 E n 2 E1 n
n 1,2,3
1)氢原子的轨道及对应的能级
n 量子数 E /eV 0 ∞
n∞：电子脱 离核束缚
⑶原子的不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运动相 对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道 也是不连续的。——轨道量子化假设
3、能级
内容：
原子处于不同定态时所具有的能量值
电子处于什么轨道时原子所具有的能量 较小？是内层轨道还是外层轨道？
基态：
能量值最低的状态 轨道半径最小
激发态： 除基态外的状态
他的博士论文《金属电子论的研究》定性地 说明了金属的各种性质。他察觉到经典理论 的缺陷，并证明了金属的磁性决不能用这些 原理解释。结束在哥本哈根大学的学习后， 玻尔前往英国剑桥大学，想在汤姆逊的指导 下继续研究电子论，但是汤姆逊巳经对这个 问题失去了兴趣。于是玻尔随即转往曼彻斯 特大学，在卢瑟福的实验室工作。1913 年， 他发表了三篇论文，把当时的原子结构模型 与量子论结合起来，揭开了物理学崭新的一 页。
γ3
例题3：根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E的轨道跃迁到能量为E/的轨道，辐射出波长为 λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光 速，则E/等于 C c c C. B. A. E h D. E h Eh Eh c c
例题4：欲使处于基态的氢原子被激发，下列 可行的措施是（ ACD ）
A.用10.２eV的光子照射
B.用11eV的光子照射
C.用14eV的光子照射
D.用11eV的电子碰撞
例题5 在气体放电管中，用携带着能量 12.2eV的电子去轰击氢原子，试确定此时的氢 可能辐射的谱线的波长
例题6：有1200个都处于n=4能级的氢原子，最 终都处于基态，其发出光子的总数是多少？设 处于第n能级的原子向各低能级跃迁的原子数 1 是处于n能级原子数的 倍。（ B ）
产生： 炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后产生
光谱分析:利用原子光谱和吸收光谱 光谱分析的技术在科学研究中有广泛的 应用，一种元素在样品中的含量即使很 少，也能观察到它的光谱．因此光谱分 析可以用来确定样品中包含哪些元素， 这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定 遥远星球的物质成分．
漆碗：第三文化层（距今6500～ 6000年）．利用红外光分析其表面， 其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂 解光谱图相似．
例题2：一群处于基态的氢原子吸收某种单色 光的光子后，只能发出频率为γ 1、 γ 2、 γ 3的三 种光子，且γ 1> γ 2 > γ 3 ，则 AC A、被氢原子吸收的光子的能量为h γ 1 B、被氢原子吸收的光子的能量为h γ 2 C、 γ 1= γ 2+ γ 3 D、被氢原子吸收的光子的能量为 h γ 1+ h γ 2+ h
跃迁时以光子的形 式向外放出能量
5 4 3
2
hv Em En
1
-13.6
要注意是一个原子跃迁还是一群原子跃迁
可能的光子的频率有
某个氢原子处于n=4激发态
C
2 种 n
n
量子数
E /eV 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4
∞
1、它可能向外辐射哪些 波长的光子？ 2、它最多向外辐射的光 子数为多少？ 3、若是一群处于该激发 态的氢原子呢？
E 0
E1 En 2 n
rn n 2 r1
5 4 3
2
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
r1 0.053nm
1
-13.6
E1 13.6eV
氢原子能级图
2)光子的发射与吸收
①向下跃迁
发射光子
n
∞
可自发地经过一次 或几次跃迁达基态
量子数
E /eV
0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4
库仑力提供向心力 1)电子的动能：
e v k 2 m r r
2
2
2
v
1 2 Ek mv 2
2)原子的电势能：
e k 2r
2
r
取电子与核相距无穷远时的电势能为零
Ep
e k r
3)原子的能量：
原子的能量值是核外电子的动能原子所具有的势能 的总和 原子的能量值为什么是一个负值? 卫星绕地球做圆周运动的模型与此类似