1、18.4 玻尔的原子模型 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著名的 粒子散射实验粒子散射实验 按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化事实上，原子是稳事实上，原子是稳定的，辐射电磁波定的，辐射电磁波的频率也只是某些的频率也只是某些确定的值确定的值 人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光
2、谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线1、轨道量子化围绕原子核运动的、轨道量子化围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这些现象叫做轨道量子化；数值，这些现象叫做轨道量子化；2、定态假说不同的轨道对应着不、定态假说不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；量，因此这些状态是稳定的；3、能量量子化原子在不同的状态、能量量子化原子在不同的状态之中具有不同的能量，所以原子之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。的能量也
3、是量子化的。19131913年玻尔提出了自己的原子结构假说年玻尔提出了自己的原子结构假说玻玻尔尔光子的发射和吸收光子的发射和吸收 原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出 原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态 原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要吸收能量光子的发射和吸收光子的发射和吸收 原子在始、末两个能级Em和En（EmEn）间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：光子的发射和吸收光子的发射和吸收nmEEh玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运玻尔从上述假设出
4、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动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量对应的能量氢氢原原子子能能级级12rnrn121EnEn3,2,1n1.电离电离:原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象.2.能级能级:氢原子在各种定态时的能量值叫做能级氢原子在各种定态时的能量值叫做能级:按能级由低到高为按能级由低到高为1、2、3n(n为整数为整数)如如:氢原氢原子各能级可表示为子各能级可表示为E1、E2、E3.En例题：的电子轰击基态的氢原子。例题：的电子轰击基态的氢原子。(1)试确定氢原子所能达到试确定氢原子所能达到的最高能态
5、；的最高能态；(2)氢原子由上述最高能态自发向下跃迁发出的氢原子由上述最高能态自发向下跃迁发出的光子可能的波长有几种？各为为多少？光子可能的波长有几种？各为为多少？(3)欲使处于基态的氢欲使处于基态的氢原子电离至少用多大能量的电子轰击氢原子？原子电离至少用多大能量的电子轰击氢原子？解：（解：（1）eVEEn6.00.13121nEEn7.46.06.131nEEnn=4（2）可能的跃迁）可能的跃迁n=1n=2n=4n=3eVnEE85.046.13221442)(102.61063.61060.1)4.3(85.014341924HzhEEmc7108.432)(106.41063.61060
6、.1)4.3(5.114341923HzhEEmc7105.6（3 3）氢原子电离能氢原子电离能eVEEE6.13)6.13(01电离能量的电子能量的电子结论：能较好地解释氢原子光谱和类氢原子光谱结论：能较好地解释氢原子光谱和类氢原子光谱夫兰克夫兰克赫兹实验赫兹实验历史背景及意义历史背景及意义:1911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说年，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
7、念。电子在能级个重要概念：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。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，在随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用年，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电子与
8、稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立与光谱研究相独立)，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。子理论提供了有力的证据。夫兰克夫兰克赫兹实验（赫兹实验（1914）实验实验装置装置K K极极G G极极电压电压V VG G极极加反向电压加反向电压P P极极热阴极热阴极栅极栅极VAKGP接受极接受极电子在其中的运动简单描述电子在其中的运动简单描述:从热阴极从热阴极K K发出发出,经经UGKUGK电场加速运动到栅极电场加速运动到栅极G G；由于接受极电压小于栅极电压，电子在由于接受极电压小于栅极电压，电子在GPG
9、P过程中将减速；过程中将减速；只有到只有到G G极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场UPGUPG到达到达接受极板接受极板P P，从而才可能通过回路，形成电流。，从而才可能通过回路，形成电流。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。（1 1）调节）调节UGKUGK两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）（2 2）容器内充满气体又如何？）容器内充满气体又如何？(1)(1)改变改变V V，,V,I 到达到达P P极的电子增加。极的电子增加。(2)V=(2)V=后，后
10、，,I 形成一峰值形成一峰值(3)(3)每隔每隔V=V=，就有一，就有一 峰值出现。峰值出现。为为什什么么?,kE051015100200300（V）实验结果实验结果:热阴极热阴极栅极栅极VAKGP接受极接受极汞汞蒸蒸气气获得获得19251925年诺年诺贝尔贝尔物理物理学奖学奖汞原子选择吸收，的量子态汞原子选择吸收，的量子态。时，电子碰撞汞原子时其。时，电子碰撞汞原子时其能量几乎没有损失。电子能能量几乎没有损失。电子能量量=？=2=2*？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“轨轨道道”等经典概念和等经典概念和有关牛顿力学规律有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在解决其他除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难问题上遇到了很大的困难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谢谢谢谢 再见再见
