1、玻玻尔的原子模型尔的原子模型郭雪鹏临泉一中4 44 4尼尔斯尼尔斯玻尔玻尔玻尔的父亲是哥本哈根大学生理学教授，从小注重对孩子的教育，引导孩子们观察自然，欣赏文艺和参加体育运动.受父亲的影响，玻尔对科学有特殊的热爱.1906年，玻尔应征丹麦科学文学院悬赏比赛，完成其科学生涯第一篇论文用喷注振动法测定水的表面张力，并获得金质奖章.2尼尔斯玻尔Niels Bohr(1885-1962)丹麦物理学家玻尔因在原子结构和原子辐射(1913年)方面的贡献获得1922年诺贝尔物理学奖.玻尔的儿子奥格玻尔因原子核结构理论获得1975年诺贝尔物理学奖.玻尔创立著名的哥本哈根学派，发明量子力学的哥本哈根解释，是很多
2、量子物理学家(如海森伯、泡利等)的物理学导师，他的伟大不亚于爱因斯坦，与爱因斯坦关于量子力学解释的争论闻名于世.31911年，玻尔获得哲学博士学位，学位论文关于金属中的电子论.1912年去曼彻斯特跟随卢瑟福研究.玻尔坚信卢瑟福的核式结构模型符合客观事实，但也清醒意识到卢瑟福模型存在的问题原子稳定性.玻尔认为，要解决原子的稳定性问题，“只有量子假说是摆脱困难的唯一出路”.玻尔首先将原子现象和原子核现象区分开来，认识到元素的化学和物理性质只取决于核外电子.4原子光谱对玻尔创立原子结构具有重要作用，然而最初玻尔没有意识到这一点.玻尔曾这样说道：“人们总以为光谱是神奇的，但在那儿不可能取得进步.这就彷
3、佛你有蝴蝶的翅膀，那么其色彩等等当然是非常有规律的，但是没有人想到能从蝴蝶翅膀的颜色推出生物学的基础”51913年初，玻尔的好友、光谱学家汉森(H.M.Hansen,1886-1956)拜访玻尔，询问原子结构和光谱学中的谱线有何关系.玻尔不熟悉光谱学，认为光谱学太复杂，光谱就像蝴蝶翅膀上的颜色那样有趣而难懂，不可能从原子结构的基础上作出解释.汉森详细解释了巴耳末的发现，以及尚未得到解释的巴耳末经验公式.6玻尔“一看到巴耳末公式，整个情形就一下子弄清楚了.”玻尔在1912年2月在德国物理学家斯塔克(J.Stark，1874-1957)的著作原子动力学原理读到：“一个光谱的全部谱线是由单独一个电子
4、造成的，是在这电子从一个(几乎)完全分离的状态逐次向势能最小的状态跃迁的过程中辐射出来的.”7玻尔“三部曲”在巴尔末公式的启发下，1913年4月、6月和8月，玻尔完成论原子和分子的结构三篇具有划时代意义的论文，发表在英国哲学杂志，史称玻尔“三部曲”.玻尔将卢瑟福、普朗克、爱因斯坦的思想结合，创造性地将光的量子理论引入原子结构理论，克服经典理论在原子稳定性问题的困难，成功地解释了氢原子光谱.8一、玻尔原子理论的基本假设o轨道量子化与定态假设电子轨道是量子化的，只能取一些特定值.电子处于不同的轨道，原子处于不同的状态(称为稳定态稳定态).电子在各轨道绕核做圆周运动，不辐射电磁波.电子轨道量子化取值
5、导致原子的能量取一些分立值，称为原子的能级能级.能量最低的态称为基态基态，其他称为激发态激发态.9轨道量子化条件轨道量子化条件玻尔假定电子的轨道只能取一些特定值，通过分析玻尔给出电子轨道半径 rn必须满足，rnp=nh/2 n=1,2,3p为电子动量，即p=mev.me为电子质量，v为电子在轨道上运动的速度.10o频率条件频率条件当电子从一个稳定态跃迁到另一个稳定态，辐射出电磁波.电磁波波长满足，hv=Em-EnEm和En分别为氢原子处于两个稳定态时的能量值，且EmEn。1112问题：类比卫星绕地球做圆周运动，电子从低轨道跃迁到高轨道，即轨道半径增大，原子的能量如何变化？原子能量包含哪些能量？
6、原子核13电子从高轨道跃迁到低轨道，辐射出电磁波从低轨道跃迁到高轨道，吸收电磁波原子核二、玻尔理论对氢光谱的解释o氢原子轨道半径轨道量子化 rnmev=nh/2 n=1，2，3电子绕核做圆周运动，14vrn222nneekmrrv222n122e4n hrn ae m k容易求出2122e0.5294hae m ko氢原子能量15222nneekmrrv22kn122ekeEmrv2pn keEr系统势能2nkpn242e22222113.6eV keEEEre k mnhn能量量子化！能量量子化！nr/E/eV10.529-13.622.116-3.434.761-1.5148.464-0.
7、85513.225-0.5416表 1 量子化的轨道半径和能级玻尔理论对巴耳末公式的解释巴耳末公式电子从高能级 n 跃迁到 n=2时，有1722111()3 4 52，Rnn242242ee22222211()2 e k me k mchnhh242e32221112()e k mh cn两式对比，里德伯常量为将相关常数代入，计算值与实验测量值在误差范围内符合.18242e32221112()e k mh cn22111()2Rn24232ee k mRh c19n=2n=1n=3n=4电子的量子化轨道(按比例绘制)巴尔末线系200-3.4-13.6-1.51-0.85-0.5434251nE
8、/eV赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系 思考与讨论：1.根据氢原子能级取值量子化，如何解释原子的光谱是分立的线状谱？2.为什么不同元素的原子具有不同的特征谱线？21玻尔理论取得巨大成功，解释了氢光谱的巴尔末公式；给出里德伯常量的表达式；阐明光谱的发射和吸收.玻尔的成功在于其全面地继承了前人的工作，正确地加以综合，面临旧的经典理论和新的实验事实的矛盾时勇敢地肯定实验事实，冲破旧理论地束缚，最终建立能基本适用原子现象的定态跃迁原子模型.22例例 1 根据氢原子能级图计算：电子从n=5轨道跃迁到n=2轨道辐射的电磁波波长.解解 n=5，E5=-0.54eV；n=2，E2=-3.4eV.根据辐射条件，有解
9、得2352hchvEE524338.5hcEE三、玻尔模型的局限性 不能解释比氢原子更复杂的原子结构 不能计算光谱强度 无法说明为什么电子在定态轨道上不辐射能量 电子有确定的轨道，违反海森伯不确定性关系玻尔理论还很不完善，电子的运动不可能像玻尔假设的那样简单.玻尔理论没有完全揭示微观粒子运动规律，是“普朗克的量子观念与经典力学的混合”产物.241925-1926年建立的量子力学是玻尔量子论的发展，众多物理学家共同完成量子大厦的建立.量子力学准确地描述微观粒子遵循的规律，量子力学的预言一一被实验证实.量子力学认为，原子核外电子没有确定轨道，只能预测电子出现的概率，根据薛定谔方程和玻恩的概率波解释
10、对氢原子做出更完满准确的解释.2526小结o 玻尔原子理论的基本假设1.轨道量子化、定态假设2.频率条件 hv=Em-Eno 玻尔理论对氢光谱的解释1.线状光谱的解释2.原子特征谱线3.氢原子能级o 玻尔模型的局限性27课堂练习如果大量氢原子处于n=3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？28-3.4eV-13.6eV-1.51eV321o加速度的方向加速度的方向 加速度的方向与速度改变量的方向相同。加速直线运动，加速度的方向与速度方向相同；减速直线运动与速度方向相反。加速度的方向与速度改变量的方向相同。加速直线运动，加速度的方向与速度方向相同；减速直线
11、运动与速度方向相反。o师：引导学生阅读书本，知道加速度也分为平均加速度和瞬时加速度，并且加速度保持不变的运动叫匀变速运动。引导学生阅读P30页表格上所列的加速度，对其中一些数值进行分析，一定要结合物理意义及方向来巩固以上内容。o（继续例举一些有趣的实用的例子加以介绍，以激发同学们学习物理的热情）o对加速度a的进一步认识：o o3、课堂练习、课堂练习o1物体的速度变化越大，则物体加速度就越大。（错。结合前面小黑板所举的例子，比较乙与丙可知此结论不对。）o2物体的速度很大时，加速度不可能为0。（错。结合小黑板所举的例子，如丁，虽然飞机速度很大，但加速度却为0）o3物体的加速度在减小，而速度可能在增
12、加。o师：对于第3题，结论是对的，同学们一时可能很难理解，举这样的例子进行类比。例如：每个人从出生的那天身高是逐渐增加的，随着年纪的增加，身高增加的幅度越来越小，但是身高是越来越高的。o生：身高一直在增加，增加的程度在变小。o师：“增加的幅度”相当于加速度，“身高”相当于物体的速度，加速度在减小时，速度反而有可能在增加，以后在学过动力学知识后，对此会有更深的了解。o o5、课堂小结、课堂小结o通过本节的学习，我们要牢牢理解加速度和速度的区别，在于意义不同，前者是描述速度改变的快慢；后者是描述运动快慢。对于直线运动，计算时一般要规定初速度的方向为正方向，把方向用正负号来表示，便于进行矢量运算，那么加速度的方向才不会出现错误。
