原子结构玻尔理论(共课时)
第2章 玻尔理论
3.光谱 3.光谱 α粒子的大角度散射，肯定了原子核的存在，但核外电 粒子的大角度散射，肯定了原子核的存在， 的大角度散射 子的分布及运动情况仍然是个迷， 子的分布及运动情况仍然是个迷，而光谱是原子结构的反 因此研究原子光谱是揭示这个迷的必由之路。 映，因此研究原子光谱是揭示这个迷的必由之路。 电磁波谱
n = 1, 2 , 3 ....
一个硬性的规定常常是在建立一个新理 论开始时所必须的。 论开始时所必须的。
三、关于氢原子的主要结果
1、量子化轨道半径 电子定态轨道角动量满足量子化条件： 电子定态轨道角动量满足量子化条件： 圆周运动： 圆周运动：
me rn vn = nh
2 vn Ze 2 me = rn 4πε 0 rn2
back next 目录 结束
1 1 1 1 2 ( )A = RA ( 2 − 2 )Z = RA ( m 2 − n 2 ) λ m n ( z ) (Z )
1
对He+，Z=2 ，
( )He+
1
λ
1
1 1 = RA ( m 2 − n 2 ) ( 2 ) (2)
设m=4,则n=5,6,7… 则 …
back
next
目录
结束
毕克林系与巴尔末系的区别 (1)毕克林系的谱线比巴尔末系多； (1)毕克林系的谱线比巴尔末系多； 毕克林系的谱线比巴尔末系多 不同，即使n=k的相应谱线， n=k的相应谱线 (2)RHe+与RH不同，即使n=k的相应谱线，位置 也不同。 也不同。 3.类氢离子公式 3.类氢离子公式
跃迁频率： 跃迁频率：
En − Em ν = h
(3) 角动量量子化假设 为保证定态假设中能量取不连续值， 取不连续值， 为保证定态假设中能量取不连续值，必须 rn 取不连续值， 如何做到？ 如何做到？
1.4 玻尔理论
n 3.56
13
取整，被激发到
n n3
激发态。
1
氢原子可能辐射的波长是
hc 102.6nm EE hc 656.3nm EE hc 121.6nm EE
3 1 23 3 2 12 2 1
6562.8Å 4861.3Å 4340.5Å 4101.7Å
Hα
Hβ
Hγ
Hδ
H∞
图 氢原子光谱（Balmer系）
1 1 R( 2 2 ) 波数 nf ni
1
R 109677 .581 cm
1
Balmer公式与观测结果的惊人符合，引起了光谱学家的注 意。紧接着就有不少人对光谱线波长（数）的规律进行了 大量分析，发现，每一种原子都有它特有的一系列光谱项 T(n)，而原子发出的光谱线的波数，总可以表成两个光谱 项之差：
T (m) T (n)
其中m, n是某些整数。 显然，光谱项的数目比光谱线的数目要少得多。
1913年，玻尔首先把量子论应用到原子结构的研究上，使物 质结构理论进入了一个新阶段。 二、 玻尔基本假设 1. 稳定态假设
核外电子在一系列圆形轨道上绕核运动。在轨道上运动时无辐射， 为电子的稳定态，或定态，能量为 E1 E 2 E 3
4. 能级图
eV 0
-0.30 -0.54 -0.85 -151 帕邢系 -3.39
2
E 136eV n
n
6 5 4 3 2
巴尔末系
Rhc E 2 n
n
或
-13.58
n
n 1
电离能
基态
E 赖曼系 n 1 激发态
n
1
E
E1 136eV
高中物理第2章原子结构第3节玻尔的原子模型第4节氢原子光谱与能级结构课件鲁科版选修3
定态 E1，辐射的光子能量为 hν＝E2－E1
基本 内容
假设
原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道．原
子的能量状态是不连续的，电子不能在任意半径的轨 轨道 道上运行，只有轨道半径 r 跟电子动量 mev 的乘积满 假设 足下式 mevr＝n2hπ(n＝1，2，3，…)这些轨道才是可
对玻尔原子模型的理解 1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的 数值． 模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是 不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不 是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢 原子的电子最小轨道半径为 r1＝0.053 nm，其余可能的轨道半 径还有 0.212 nm、0.477 nm、…不可能出现介于这些轨道半径 之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．
按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远， 氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原 子的基态能量为 E1(E1<0)，电子质量为 m，基态氢原子中的电 子吸收一频率为 ν 的光子被电离后，电子速度大小为 ________(普朗克常量为 h)． [思路点拨] 根据玻尔原子理论与能量守恒定律求解．
得到了氢原子的能级结构图(如图所示)．
n＝∞————————E∞＝0 ⋮
n＝5 ————————E5＝－0.54 eV n＝4 ————————E4＝－0.85 eV n＝3 ————————E3＝－1.51 eV n＝2 ————————E2＝－3.4 eV n＝1 ————————E1＝－13.6 eV
4.原子跃迁时需注意的几个问题 (1)注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一 个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨 道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原 子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．
原子结构的玻尔理论
1、经典物理的困难
（1）、原子的稳定性 （2）、原子的离散线谱
由经典的力学和电磁理论得不到稳定结构的原子912年，年仅27岁的丹麦物理学家玻尔（Bohr） 来到卢瑟福实验室对原子结构的谱线进行研究， 为解释氢原子的辐射光谱，于1913年提出原子 结构的半经典理论（ 玻尔理论），其假设有三 点：
n 2
13.6
巴耳末系 赖曼系
n 1
4、对玻尔理论的评价
成功地解释了原子的稳定性、大小及氢原子光谱的规律性。 定态假设：定态具有稳定性和确定的能量值依然保留在近代量子 论中。 为人们认识微观世界和建立近代量子理论打下了基础。
玻尔理论无法克服的困难：
(1) 只能解释氢原子及碱金属原子的光谱，而不能解释含有两个 电子或两个电子以上价电子的原子的光谱。
(2) 只能给出氢原子光谱线的频率，而不能计算谱线的强度及这 种跃迁的几率，更不能指出哪些跃迁能观察到以及哪些跃迁观察 不到。 (3)只能讨论束缚态而不能讨论散射态。
（1）、定态假设
获得1922年诺贝 尔物理学奖
3、氢原子光谱解释
1215.68 1025.83 972.54
6562.79 4861.33 4340.47 4101.74
18.75 40.50
E n (eV )
0
0.85 1.51
3.39
氢原子光谱中的不同谱线
连续区
4
n 3
布喇开系
帕邢系
原子结构与玻尔理论
原子结构与玻尔理论原子是物质的基本单位，它由一系列互相作用的基本粒子组成。
了解原子结构对于理解物质的性质和相互作用至关重要。
本文将探讨原子结构的基本概念以及玻尔理论对于我们对原子行为的理解所作出的重要贡献。
一、原子结构的基本概念1. 原子的组成原子是由质子、中子和电子构成的。
质子和中子位于原子核中心，形成了原子的核，而电子则围绕着核运动。
2. 质子质子是原子核中的带正电的粒子，其电荷量为正电荷单位，即1.602 × 10^-19 库伦。
质子的质量为1.673 × 10^-27千克。
3. 中子中子同样位于原子核中，它们是电中性的，即没有电荷。
中子的质量约为质子的质量。
4. 电子电子是质量非常轻的粒子，电荷量为负电荷单位，即 -1.602 × 10^-19 库伦。
电子围绕着原子核运动，创建了原子的电子云。
二、玻尔理论的重要贡献玻尔理论是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出的，他通过对氢原子光谱线的研究，假设了电子轨道和能级的概念，从而解释了原子结构与能级跃迁之间的关系。
1. 能级模型根据玻尔理论，原子中的电子围绕原子核沿着不同能级轨道运动。
这些能级分为基态和激发态，电子从一个能级跃迁到另一个能级通常伴随着能量的吸收或释放。
2. 能级跃迁和光谱线当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出一定能量的光子，形成光谱线。
这些光谱线是原子特征的指纹，通过对光谱线的分析可以确定原子的组成和结构。
3. 玻尔理论的局限性尽管玻尔理论为我们对原子结构的理解提供了重要的启示，但它在解释较重原子和分子的结构时存在局限性。
在这些情况下，量子力学的理论更为适用。
三、量子力学的发展随着科学技术的不断进步，人们对原子结构的理解也越发深入。
量子力学作为描述原子行为的现代理论，取代了玻尔理论，为我们提供了更精确的原子结构描述。
1. 波粒二象性量子力学将光和物质都看作是波动和粒子性质的结合。
电子在原子中既表现出粒子性又表现出波动性，这种波粒二象性在量子力学中得到了很好的解释。
玻尔理论
n k 1，k 2, k 3,
第十二章 场的量子性 12.4 氢原子的玻尔理论 1 1 1 紫外 莱曼系 R ( 2 - 2 ) , n 2,3, 1 n 1 1 1 可见光 巴尔末系 R ( 2 - 2 ) , n 3,4, 2 n 1 1 1 帕邢系 R ( 2 - 2 ) , n 4,5, 3 n
-34
2.19 10 m/s
6
12.4 氢原子的玻尔理论
第十二章 场的量子性
例2：用 12.6eV 的电子轰击基态氢原子，这些原子所 能达到最高态。 解：如果氢原子吸收电子全部能量它所具有能量
E E1 12.6 -13 .6 12 .6 -1.0eV E1 - 13.6 轨道能量 En 2 -1.0eV 2 n n
12.4 氢原子的玻尔理论
二 氢原子光谱的规律性
第十二章 场的量子性
1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可 见光部分的规律 n2
365.46
n -2
2
2
nm , n 3,4,5,
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
1 1 波数 R( 2 - 2 ) 2 n
n 13.6 3.69
取
n3
12.4 氢原子的玻尔理论
第十二章 场的量子性
作业：P165 12－8 12－9
12－15
12－16
2
rn
0h
2
2 2
4 0c 2 e rn n n 2 e m c e 0h2 5.2910-11 m , 玻尔半径 r1 n 1 π m e2
π me
13 原子结构和玻尔模型
第 3 节原子结构的玻尔理论1.3.1 原子的有核模型1.3.1.1 原子的经典性质 定比定律：在化学反应中每种化合物都有一定不变的组成。
倍比定律：不同化合物中同种元素的量都成一定的整数比。
原子的一般特性： （1）阿伏加德罗常数 1 摩尔的物质，不论它是什么种类的物质，都含有相同数目的微粒，这个数称为阿伏加 德罗常数。
1 摩尔元素物质，不论它是哪种元素，都含有 个相同数目的原子。
1 摩尔化合物分子，不论它是哪种化合物，都含有 个相同数目的分子。
是联系宏观量与微观量的桥梁，如：原子量与一个原子的质量：气体普适常数与玻耳兹曼常数的关系： （2）原子的质量 已知某元素的原子量为 A，由于 1 摩尔该元素的质量为 A 克，含有 该元素一个原子的质量为：个原子，因此，1960 年国际物理和化学会议决定以 的原子量为 12，原子质量的单位 u 为：（3）原子数密度 N 原子数密度 N 的定义为：单位体积内的原子个数。
设某元素物质的密度为 ρ，ρ 就是 单位体积内该物质具有的质量。
所以：（4）原子半径 R 每个原子平均占有的空间体积为对于固体物质，每个原子互相紧密堆集，如果原子是立言体，则原子之间没有空隙， 原子本身的体积即为上述空间体积。
实际上把原子认为是球形更合理，在这种情况下，为了 减小球与球之间的空隙，可以不同排和不同层之间原子错开 60°的情况下得到原子最紧密堆 集，每个原子平均占有的空间体积为：代入上式，可估计出原子的半径为：1.3.1.2 电子的发现 19 世纪 70 年代，人们在对气体放电现象的进一步研究中发现了阴极射线。
当在一个抽真 空后仍具有稀薄空气的玻璃管两端加上较高电压后，不但会发生放电现象，在气体中出现辉光， 而且从阴极会发射出一种射线，这种射线被称为阴极射线。
实验还发现，阴极射线在磁场中会 偏转，由偏转的方向证明阴极射线带的是负电。
当时人们对电的本质认识还很肤浅，著名物理学家开尔文在 1897 年认为电是“一种连 续的均匀液体”。
1.4 玻尔理论
1.4.2 氢原子光谱
用如图 1－1 所示的实验装置，可以得到氢的线状光 谱，这是最简单的一种原子光谱。
E = h
（1－3）
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck 常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放 出的能量只能是光量子能量的整数倍。
电荷量的最小单位是一个电子的电量。 我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能 量、电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征， 后面我们还将了解到更多的量子化的物理量。
n12 n22
玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的 Rydberg 公式经验公式的解释，是令人满意的。
玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但它的原子 模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引用了 Planck 的量 子论，但在计算氢原子的轨道半径时，仍是以经典力学为 基础的，因此它不能正确反映微粒运动的规律，所以它为 后来发展起来的量子力学和量子化学所取代势所必然。
1896 年法国物理学家贝克勒（A. H. Becquerel ） 对 几十种荧光物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射 出一种新型射线。法国化学家玛丽·居里（M. S. Curie） 以铀的放射性为基础进行研究，陆续发现了放射性元素镭、 钋等，发现了放射过程中的α 粒子、β 粒子和γ 射线。
1911 年，英国人卢瑟福（E.Rutherford ）根据α粒子 散射的实验，提出了新的原子模型，称为原子行星模型或 核型原子模型。该模型认为原子中有一个极小的核，称为 原子核，它几乎集中了原子的全部质量，带有若干个正电 荷。而数量和核电荷相等的电子在原子核外绕核运动，就 像行星绕太阳旋转一样，是一个相对永恒的体系。
原子结构的玻尔理论
1 m2
)
RH
me4
64
3 2 0
3c 1.09737314107 / m
实验值：RH 1.09677576107 / m
实验数据和理论结果之差异可以通过考虑原子核的质量 得到消除。比较两个Ｒ值可见玻尔理论和实验符合得相 当好显示了Bohr理论的成功。
0
En(eV)
-0.54 -0.85
-1.51
4. Einstein(1905)的光量子概念， 光是由能量为h的能量子组成的 （光子，具有动量，粒子性）
Niels Bohr (1885-1962)
“我一看到巴尔末公 式，整个问题对我来 说就全都清楚了。”
玻尔模型的三个假设(1913年)：
1. 定态条件：原子系统只存在一系列不连续的能量状态，其电 子只能在一些特殊的圆轨道中运动，在这些轨道中运动时不 辐射电磁波(和经典理论不一致)。这些状态称为定态，相应
把电子看作是一经典粒子，推导中应用了牛顿定律，使用了轨 道的概念，所以玻尔理论不是彻底的量子论。角动量量子化的假 设以及电子在稳定轨道上运动时不辐射电磁波的是十分生硬的。
玻尔理论是经典与量子的混合物，它保留了经典的确定性轨道， 另一方面又假定量子化条件来限制电子的运动。
1. 对多电子原子无能为力； 2. 不能解释光谱线的强度；
Bohr在Rutherford原子模型的基础上，结合H原子光谱数据， Planck量子假设等众多发现，提出了H原子结构的半量子理 论。而原子结构（包括复杂原子的结构）的真正基础是量子力 学。
二、氢原子光谱的实验规律
若要了解物质的内部情况，只要看其光谱就可以了。 —牛顿
➢一般地说，人们无法直接进入原子内部进行观察和测量; ➢通常借助于原子和其它粒子之间的相互作用来了解原子
第二章 第4节 玻尔的原子模型 能级
第4节玻尔的原子模型__能级一、玻尔的原子结构理论(1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，当电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。
(2)当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，其光子的能量hν＝E n－E m，其中E n、E m分别是原子的高能级和低能级。
(3)以上两点说明玻尔的原子结构模型主要是指轨道量子化和能量量子化。
[特别提醒]“跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一种能量状态的瞬间过渡。
二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱1．玻尔的氢原子能级公式E n＝E1n2(n＝1,2,3，…)，其中E1＝－13.6 eV，称基态。
2．玻尔的氢原子中电子轨道半径公式r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0.53×10－10 m。
3．玻尔理论对氢光谱解释按照玻尔理论，从理论上求出里德伯常量R H的值，且与实验符合得很好。
同样，玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系。
三、玻尔原子结构理论的意义1．玻尔理论的成功之处第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
2．玻尔理论的局限性不能说明谱线的强度和偏振情况；不能解释有两个以上电子的原子的复杂光谱。
1．判断：(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。
()(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。
()(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。
()(4)玻尔理论只能解释氢光谱的巴尔末系。
()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×2．思考：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上。
②带负电的电子在核外运转。
(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。
波尔的原子模型课件
2．能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低 能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子 数为 n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：N＝nn2－1＝C2n.
3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出 能量，发射光子的频率由下式决定．
hν＝Em－En(Em、En 是始末两个能级且 m>n) 能级差越大，放出光子的频率就越高．
A．氢原子从 n＝2 跃迁到 n＝1 的能级时， 辐射光的波长大于 656 nm B．用波长为 325 nm 的光照射，可使氢 原子从 n＝1 跃迁到 n＝2 的能级 C．一群处于 n＝3 能级上的氢原子向低 能级跃迁时最多产生 3 种谱线 D．用波长为 633 nm 的光照射，不能 使氢原子从 n＝2 跃迁到 n＝3 的能级
特别提醒 (1)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的． (2)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能 量大，轨道半径小，原子的能量小．
典例精析 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有( )
A．原子处于具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但 不向外辐射能量
2．能量量子化：与轨道量子化对应的能量不连续的现象． 电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量， 原子是稳定的，这样的状态也称之为定态． 由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续 的，这样的能量形式称为能量量子化．
3．频率条件 原子从一种定态(设能量为 E2)跃迁到另一种定态(设能量为 E1)时， 它辐射或吸收一定频率的光子，光子的频率由这两种定态的能量差决 定，即 hν＝E2－E1. 可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式 改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳迁”到另一个轨道上．玻尔 将这种现象称作电子的跃迁． 总而言之：根据玻尔的原子理论假设，电子只能在某些可能轨道 上运动，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，处于定态．只有电子 从一条轨道跃迁到另一条轨道上时才辐射能量，辐射的能量是一份一 份的，等于这两个定态的能量差．这就是玻尔理论的主要内容．
2019高中物理第十八章原子结构4玻尔的原子模型课件新人教版
• 2．能量量子化
• (1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运 动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的 状态也称之为定态．
• (2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的， 具有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为 能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫 作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，
[先填空]
• 1．成功之处 • 玻尔理论第一次将___量_子_观_念___引入原子领域， 提出了___定_态_和_跃__迁___的概念，成功解释了__氢_原_子__光 谱的实验规律．
• 2．局限性 • 保留了___经_典__粒_子___的观念，把电子的运动仍 然看做经典力学描述下的__轨_道__运动．
• 【提示】 不同．玻尔的原子模型的电子轨 道是量子化的，只有当半径的大小符合一定条件 时才有可能．卢瑟福的行星模型的电子轨道是任 意的，是可以连续变化的．
• 2．电子由高能量状态跃迁到低能量状态时， 释放出的光子的频率可以是任意值吗？
• 【提示】 不可以．因各定态轨道的能量是 固定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时释放出的光 子的频率，也是一系列固定值．
• 其能级公式En＝E1(n＝1，2，3…)其中E1代表 氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能 轨道上运动时原子的能量值，E1＝－13.6 eV.n是 正整数，称为量子数．量子数n越大，表示能级越 高．
• (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所 具有的电势能和电子运动的动能．
• 3．跃迁
• 【解析】 根据玻尔理论，核外电子运动的 轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误； 氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量 越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从 激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错 误．
高三物理原子的核式结构与玻尔理论
能力· 思维· 方法
【解题回顾】观察下列宏观物体的波动性， 是因为，波长大小，而微观粒子的德布罗意 波长较大，就较容量观察到其波动性.
延伸· 拓展
【例4】α 粒子散射实验中，当α 粒子最接近 原子核时，α 粒子符合下列的情况是（AD） A.动能最小 B.势能最小 C.α 粒子与金原子核组成的系统的能量最小
课 前 热 身
1.第一次发现电子的科学家是 汤姆生 ，他提出 了 枣糕式 原子模型. 2.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现 象提出来的（C） A.光电效应 B.氢原子光谱实验
C.α 粒子散射实验
D.天然放射现象
课 前 热 身
3.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据 是在α 粒子散射实验中发现粒子（C）
En=E1/n2(n=1、2、3……)
轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3……) n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn 的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上 运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限 远处为零电势点，则E1=-13.6eV.
要点· 疑点· 考点
注意：量子数n=1定态，又叫基态，能 量值最小，电子动能最大，电势最小；量子 数越大，能量值越大，电子动能越小，电势 能越大.
能力· 思维· 方法
【解析】根据玻尔理论，当处于基态的氢原 子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个 光子的能量h，从基态跳迁到某一定态，如果 处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发 出频率为1、2、3的三种光，则该定态一定 为第三能级，再由三种光的频率的大小和氢 原子能级关系，当有h1＜h2＜h3 ，而且有 （h1+h2）=h3，而h3为照射光的光子能量， 也为基态与第三能级间的能量差，故本题答 案为C.
氢原子光谱和波尔的原子结构模型
[联想·质疑]波 尔只引入一个 量子数n,能比 较好地解释了 氢原子线状光 谱产生的原因； 但复杂的光谱 解释不了。
玻尔理论的局限： A. 多电子原子光谱 B. 氢原子的精细光谱
实验事实:
在钠原子中
电子跃迁
n=4
n=3
在氢原子中
电子跃迁
n=2
n=1
也得到两条靠得很近的谱线…
原子轨道与四个量子数
第一节 原子结构模型
1-1 原子结构模型
不同时期的原子结构模型:
1、公元前400多年前，希腊哲 学家德谟克利特等人认为 ：把 构成物质的最小单位叫原子。
2、19世纪初，英国科学家道尔顿提出 近代原子学说，他认为原子是微小的不 可分割的实心球体。
道尔顿原子模型
3、1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提 出原子结构的“葡萄干布丁”模型。
n所表示的运动状态称为电子层,也称能层。
练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是
A. M层
B . K层
C . N层
D . L层
②角量子数l :描述原子轨道的形状．
l取值为: 0，１，２，３… (n-1)．共n个数值．
对应符号为: s， p， d， f…． (1) n和l一起决定原子轨道的能量，称为能级。如： 2s,2p,3p等。 (2)若两个电子的n、 l 相同，表示它们处于同一能级， 它们的能量相同． (3)对于某一电子层n，能级数目 = 对应电子层数n
一、氢原子光谱
（1）光谱定义：人们利用仪器将物质吸收光或发射 光的波长和强度分布记录下来，即得到所谓的光谱。
（2）光谱分类：
b.线状光谱
特定波长、且彼此分离
[知识支持] 连续光谱(continuous spectrum)：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 / 6§15.3 原子结构模型 玻尔理论（第一课时）【考点提示】了解原子核式结构，理解玻尔理论和能级跃迁，氢原子的能级结构【知识要点】：一、α粒子的散射实验和卢瑟福的核式结构模型1．1897年， 通过对阴极射线的研究发现了电子，说明 也是可分的。
2．卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现3．核式结构模型： 原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子呈中性的。
电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力。
r v m reQ k 22 4．原子和原子核的大小：从α粒子的散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10－15～10－14m ，原子的大小的数量级为 。
5．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
二．玻尔理论、能级1．原子的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾：（1）按经典电磁理论，核外电子绕核旋转应辐射电磁波，其能量要逐渐减少，轨道半径也要逐渐减小，电子要被吸引到库仑力吸引到原子核上，这样原子所处的能量状态和轨道半径要连续变化，原子就是不稳定的，事实上原子是稳定的。
（2）按经典电磁理论，电子绕核运行的频率要不断变化，原子辐射出频率连续变化的电磁波，原子光谱就是连续谱，而事实上原子光谱是线状谱。
2．玻尔理论的三点假设：（1）能量量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态中的原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，一个能量值对应一种状态，这些状态叫做 。
（2）原子的能级跃迁假设：原子从一种定态（E 初）跃迁到另一种定态（E 末），它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即： ，而且，原子吸收能量实现能级跃迁时，只吸收能量值与原子初末两能级差相等的光子，否则不予理睬。
但是吸收超过原子电离所需能量的光子，多余的能量转变为电离后电子的动能。
（3）轨道量子化假设：电子绕核选择的轨道的半径是 的。
每一条可能轨道与一种定态相对应。
只有满足下列条件的轨道才是可能的：轨道的半径r 跟电子的动量mv 的乘积等于h /2π的整数倍，即 mvr =nh /2π，n =1，2，3，······ 式中n 的是正整数，叫量子数，这种现象叫做轨道的量子化假设。
三．氢原子的大小和能级(1) 大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径： r n =n 2r 1，r 1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径r 1=0.53×10-10 m2 / 6（2）能级：①氢原子在各个定态时的能量值E n 称为氢原子的能级。
它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量E n （包括动能和势能）E n =E 1/n 2 n =1、2、3······E 1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量E 1=-13.6eV②基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
(3) 原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
（4）玻尔理论的局限性。
由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。
但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。
现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。
如：氢原子中的电子云【例题分析】【例1】．[2006上海物理卷.7] 卢瑟福通过对a 粒子散射实验结果的分析，提出： （ ） A 原子的核式结构模型． B 原子核内有中子存在．C 电子是原子的组成部分．D 原子核是由质子和中子组成的．【例2】．在α粒子的散射实验中，下列描述正确的是 （ ）A ．实验中用金箔要比用铝箔做实验散射作用的效果明显B ．在α粒子的散射实验没有考虑α粒子与电子的相互作用，其原因是电子的质量很小，α粒子与电子相碰时损失的能量很小，可忽略。
C ．在α粒子的散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的万有引力。
D ．从α粒子的散射实验的结果可以说明金原子内部绝大部分是空的3 / 6【例3】．在α粒子的散射实验中，一个α粒子经过金原子核附近的轨迹。
由图可知A 、B 、C 三点的电势高低关系为 ，这三点的场强大小关系为 ，α粒子从A 到B 及由B 到C 过程电场力分别做 功和 功；α粒子在这三点的速度大小关系为 。
【例4】．在α粒子轰击金箔时，测得α粒子与金核的最短距离约为2×10－14m ，已知金的原子量为197，由此可估算出金核的密度约为多少？（取一位有效数字）【例5】．氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 ( )A 氢原子的能量减小，电子的动能增加B 氢原子的能量增加，电子的动能增加C 氢原子的能量减小，电子的动能减小D 氢原子的能量增加，电子的动能减小4 / 6 E /e V 0 -0.85-1.51 -3.4 -13.6 n4 321 ∞ §15.3 原子结构模型 玻尔理论（第二课时）【例5】．氢原子的基态能级值为E 1＝－13.6eV ,某金属的极限波长恰等于氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝2能级所发出的光的波长。
现在用氢原子由n =2能级跃迁到n =1能级时发出的光照射该金属，则从该金属表面逸出的光电子的最大出动能是多少eV ？【例6】．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 （ ）A ．用10.2 eV 的光子照射B ．用11eV 的光子照射C ．用14 eV 的光子照射D ．用11eV 的电子撞击【例7】．（2000年全国）假设在N a Cl 蒸气中存在由钠离子N a +和氯离子Cl －靠静电相互作用构成的单个氯化钠N a Cl 分子，若取N a +与Cl －相距无限远时其电势能为零，一个NaCl 分子的电势能为－6.1eV ，已知使一个中性钠原子N a 最外层的电子脱离钠原子面形成钠离子Na +所需的能量（电离能）为5.1eV ，使一个中性氯原子Cl 结合一个电子形成氯离子Cl －所放出的能量（新和能）为3.8eV 。
由此可算出，在将一个N a Cl 分子分解成彼此远离的中性钠原子Na 和中性氯原子Cl 的过程中，外界供给的总能量等于 eV 。
例8．设氢原子的轨道半径为r ，电子的质量为m ，电荷量为e ，试证明：电子绕核运动的动能等于氢原子所处定态的能级的绝对值。
（点电荷电场的电势分布规律为rke =ϕ，取无穷远处电势为零）【例9】、（2006江苏物理卷.4） 氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV ，下列说法错误的是 A ．处于n = 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线， 并发生电离 B ．大量氢原子从高能级向n = 3能级跃迁时，发出的光具有 显著的热效应C ．大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光5 / 6D ．大量处于n ＝4是能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光【例10】．现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少（假定处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的11 n ） （ ） A 、2200 B 、2000 C 、1200 D 、2400【例11】．（2005年全国理综II 卷）右图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E 。
处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发生若干种不同频率的光波。
已知金属钾的逸出功为 2.22eV 。
在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 （ ）A 、二种B 、三种C 、四种D 、五种【例12】．（2004年江苏物理卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出去，此电磁辐射就是原子的特征X 射线。
内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。
214Po 的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E 0=1.416MeV 交给内层电子（如K 、L 、M 层电子，K 、L 、M 标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从214Po 原子的K 、L 、M 层电离出的电子的动能分别为E K =1.323MeV 、E L =1.399MeV 、E M =1.412MeV 。
则可发射出特征射线的能量为 （ ）A 、0.013MeVB 、0.017MeVC 、0.076MeVD 、0.093MeV【例13】原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n = 2能级上的电子跃迁到n = 1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n = 4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 ，式中n =l ，2，3，… 表示不同能级，A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是 ( )A ．16/3AB ．16/7AC ．16/11AD ．16/13A14．德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。
如图（1）他们在一只阴极射线管中充进要考察的汞蒸气。
阴极发射出的电子受阴极K和栅极R之间的电压U R加速，电子到达栅极R时，电场做功eU R。
此后电子通过栅极R和阳极A之间的减速电压U A。
通过阳极的电流如图（2）所示，随着加速电压增大，阳极电流在短时间内也增大。
但是到达一个特定的电压值U R后．观察到电流突然减小。
在这个电压值上，电子的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。
参加碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此到达不了阳极,阳极电流减小。
eU R即为基态气体原子的激发能。
得到汞原子的各条能级比基态高以下能量值： 4.88eV, 6.68eV,8.78eV, 10.32eV。
若一个能量为7.97eV电子进入汞蒸气后测量它的能量大约是( )A、4.88eV或7.97eVB、4.88eV或6.68eVC、2.35eV 或7.97eVD、1.29eV或3.09eV或7.97eV6 / 6。