3.3量子論視野下的原子模型3.3量子論視野下的原子模型1一、玻爾提出原子模型的背景：盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)很好地解釋了a粒子的散射實(shí)驗(yàn)，初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景，但跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾。盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)跟經(jīng)典的電磁理論有哪些矛盾呢？一、玻爾提出原子模型的背景：盧瑟福的原子核式結(jié)2按照經(jīng)典理論,電子在圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必然要向外輻射電磁波，因此輻射能量后的電子，將隨著能量的減少，電子繞核運(yùn)行的軌道半徑也要減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核，這樣，原子也將“塌方”，不再成為原子了。但事實(shí)上，原子的結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定。矛盾（1）：按照經(jīng)典理論,電子在圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必然要向外輻3

同時(shí)，按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核運(yùn)行時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)該等于電子繞核運(yùn)行的頻率，隨著運(yùn)行軌道半徑的不斷變化，電子繞核運(yùn)行的頻率要不斷變化，因此原子輻射電磁波的頻率也要不斷變化。這樣，大量原子發(fā)光的光譜就應(yīng)該是包含一切頻率的連續(xù)譜。矛盾（2）：同時(shí)，按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核運(yùn)行時(shí)輻射電磁波的頻率4把量子論引入原子模型：以上矛盾表明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來(lái)的經(jīng)典電磁理論不適用于原子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個(gè)矛盾，1913年玻爾在盧瑟福學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上，把普郎克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。把量子論引入原子模型：以上矛盾表明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來(lái)5二、玻爾理論的主要內(nèi)容：1、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)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。2、原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E初）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為E終）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E初－E終.hv=3、原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。二、玻爾理論的主要內(nèi)容：1、原子只能處于一系列不連6玻爾（1885~1962）玻爾的原子模型概括4321E4E3E2E1定態(tài)假設(shè)躍遷假設(shè)4321E4E3E2E1軌道假設(shè)4321hv=E初–E未En=rn=n2r1玻爾（1885~1962）玻爾的原子模型概括4327三、玻爾計(jì)算出氫的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）公式：rn=n2

r1軌道半徑：（n=1,2,3……)能量：（n=1,2,3……)

式中r1(r1=0.53×10－10m)、E1(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，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。三、玻爾計(jì)算出氫的電子的各條可能軌道半徑和電rn=n2r8四、氫原子的能級(jí)圖：－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE∞四、氫原子的能級(jí)圖：－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３9

1、能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)五、能級(jí)：3、激發(fā)態(tài)：除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)，叫做激發(fā)態(tài)2、基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)1、能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)五、能級(jí)104、原子發(fā)光現(xiàn)象：原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程，是輻射能量的過(guò)程，這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。六、玻爾理論的成就和局限閱讀課本58頁(yè)4、原子發(fā)光現(xiàn)象：原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)六、玻爾理論11電子云電子云12課堂練習(xí)：1、對(duì)玻爾理論的下列說(shuō)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)提出了異議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(lái)的ABCD課堂練習(xí)：1、對(duì)玻爾理論的下列說(shuō)法中，正確的是（132、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說(shuō)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C2、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說(shuō)法是（143、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說(shuō)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ACD3、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列ACD154、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D4、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的D165、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