1、玻尔的原子模型玻尔的原子模型早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光通过世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱到的彩色光带叫做光谱ASL1PL2BMNL3 分光镜由平行光管分光镜由平行光管A A、三棱镜、三棱镜P P和望远镜筒和望远镜筒B B组成。平行光管组成。平行光管A A的前方有一个宽度可以调节的的前方有一个宽度可以调节的狭缝狭缝S S。从狭缝射入的光线经透镜。从狭缝射入的光线经透镜L L1 1折射后，变成折射后，变成平行光线射到三棱镜平行光线射到三棱镜P P上。不同频率的光经过三上。不同频率的光经过三棱镜沿不同的折射方
2、向射出，并在透镜棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜L L2 2后方的后方的平面平面MNMN上分别会聚成不同颜色的像（谱线）。通上分别会聚成不同颜色的像（谱线）。通过望远镜过望远镜B B的目镜的目镜L L3 3，就看到了放大的光谱像。，就看到了放大的光谱像。分光镜的构造原理分光镜的构造原理：一、光谱一、光谱 光谱是光波（不论是在可见光区域还是光谱是光波（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。的记录。有时只是波长成分的记录。1 1、描述波的几个物理量、描述波的几个物理量（1 1）在水波中，在波动中对平衡位置的位
3、移总是相等（包括）在水波中，在波动中对平衡位置的位移总是相等（包括大小和方向）的两相邻质点间的距离叫做波的波长，用大小和方向）的两相邻质点间的距离叫做波的波长，用表表示示在水波中，两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于波长，在水波中，两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于波长，(2)(2)波的周期（或频率）应由波源决波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。定，与传播波的介质无关。（3)3)每经过一个周期的时间波就沿传每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。播方向传播一个波长的距离。（4 4）每经历一个周期，原有的波形）每经历一个周期，原有的波形图不改变。图不改变。 V
4、 = /T V = /T V = fV = f波长、周期（或频率）和波速的关波长、周期（或频率）和波速的关系系发射光谱可分为两类：连续光谱和明发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。线光谱。2 2、发射光谱、发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。光谱。 （1 1）连续光谱）连续光谱 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连
5、续光谱。的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。（2 2）明线光谱）明线光谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，原子只能
6、发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。（3 3）吸收光谱）吸收光谱 高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。 光 谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 光形成的光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
7、线状光谱（原子光谱）产生条件：稀薄气体发光形成的光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）吸收光谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应） 各种光谱的特点及成因：（4 4）光谱分析）光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简
8、单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量其他谱系其他谱系按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，率也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱。原子光谱应是连续的光谱。实验表明原子相当稳定，这一结论与实验实验表明原子相当稳
9、定，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是不续的谱线。不符。实验测得原子光谱是不续的谱线。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。律。四、玻尔原子理论的基本假设：四、玻尔原子理论的基本假设： 1 1、能级（定态）假设：、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫能量。这些状态叫定态。（本假设是针对原子稳定性（本假设是针对原子稳定性提出的）提出的）丹麦物理学家丹麦物理学家
10、N.BohrN.Bohr 2 2、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E E初）跃迁初）跃迁到另一种定态（设能量为到另一种定态（设能量为E E终）时，它辐射（或吸收）一终）时，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，定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即即 3 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连沿不同的圆形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的分布也是不连续的。（针续的，因此电子的可能轨道的分布也
11、是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）对原子核式模型提出，是能级假设的补充）hv=E初 - E终 h称为普朗克常量 其值为h=6.62610-34J.S v v表示光波的频率表示光波的频率 玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：rn=n rn=n r1r12轨道半径轨道半径：（n=1,2,3)能能 量：量： En=n21 E1（n=1,2,3) 式中式中r r1 1、E E1 1、分别代表第一条（即离核最近、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的的）可能轨道的半径和
12、电子在这条轨道上运动时的能量，能量，r rn n、E En n 分别代表第分别代表第n n条可能轨道的半径和电子条可能轨道的半径和电子在第在第n n条轨道上运动时的能量，条轨道上运动时的能量，n n是正整数，叫量子是正整数，叫量子数。数。123450 n nE E/eV/eV赖曼系（紫外线）赖曼系（紫外线）巴耳末系（可见光）巴耳末系（可见光）帕邢系（红外线）帕邢系（红外线）布喇开系布喇开系逢德系逢德系N=1N=1N=2N=2N=3N=3N=4N=4N=5N=5N=6N=6成功解释了氢光谱成功解释了氢光谱的所有谱线的所有谱线+ +n n=6=6n n=5=5n n=4=4n n=1=1n n=3
13、=3n n=2=21mR 7 7= =1 1. .1 10 01 10 0HHHHHHHHH HL22111()23 4, 5,Rnn ，夫兰克夫兰克赫兹实验的历史背景及意义：赫兹实验的历史背景及意义： 1911年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后
14、，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。 实验验证实验验证 1925 1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（年的诺贝尔物理学奖（19261926年于德国洛丁根补发）。年于德国洛丁根补发）。夫兰克夫兰克- -赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。统的经典实
15、验。(JAMES FRANCK)(JAMES FRANCK)(GUSTAV HERTZ)(GUSTAV HERTZ)1.1. 从从高能级向低能级高能级向低能级跃迁跃迁 发射光子：以发射光子：以光子形式光子形式辐射出去辐射出去（原子发光现象（原子发光现象）。）。2. 2. 从低能级向高能级跃迁从低能级向高能级跃迁(1) (1) 吸收光子吸收光子对于能量大于或等于对于能量大于或等于13.6eV13.6eV的光子的光子( (电离电离) )；对于能量小于；对于能量小于13.6eV13.6eV的光子的光子( (要么全被吸收，要么不吸收要么全被吸收，要么不吸收) )。(2) (2) 吸收实物粒子能量吸收实
16、物粒子能量只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子的动能。能量仍为实物粒子的动能。提升提升玻尔理论玻尔理论的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性题，但是也有它的局限性在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念成功引入了量子化的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、轨粒子、轨道道”等经典概念和有关牛等经典概念和有关牛顿力学规律顿力学规律除了氢原子
17、光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的引进没量子化条件的引进没有适当的理论解释有适当的理论解释汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型 粒子散射实粒子散射实验验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型原子不可割原子不可割汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型复杂（氦）原子复杂（氦）原子光谱光谱量子力学量子力学理论理论玻尔模型玻尔模型否否 定定建建 立立否否 定定建建 立立电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积
18、内出现的概率 电子云电子云4. 4. 玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性 玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，预言了氢原子的其它谱线系，但对多电子原子预言了氢原子的其它谱线系，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。为基础。如粒子的观念和轨道。量子化条件的引进没有适当的理论解释。量子化条件的引进没有适当的理论解释。5.5.电子在某处单位体积内出现的电子在某处单位体积内出现的概率概率电子云电子云 1
19、、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。 2、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。 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。 4、原子发光现象：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，这就是原子发光现象。能级能级：练习练习：1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ） A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量
20、关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ACD2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ ） A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的C3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ）A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ）A、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值DACD5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知rarb，则在此过程中（ ） A、原子要发出一系列频率的光子 B、原子要吸收一系列频率的光子 C、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸收某一频率的光子C
