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1、蒲18. 4玻尔的原子模型螂 新课标要求蒇 （一）知识与技能«1. 了解玻尔原子理论的主要内容。噩2. 了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。膂 （二）过程与方法膈 通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生。蟆（三）情感、态度与价值观肄 培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。奥教学重点踊玻尔原子理论的基本假设蟆教学难点膈玻尔理论对氢光谱的解释。聿教学方法研教师启发、引导，学生讨论、交流。衿 教学用具：薄投影片，多媒体辅助教学设备蔓课时安排詹1课时期教学过程蜜（一）引入新课膈复习提问：腿1 . a粒子散射实验的现象是什么？蜗2.原子核式结构学说的内容是什么？肆
2、3.卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾螃蔽电士绕核运动（有加速度） 方量_ *染袁艘辐射电磁波频率等于左核运行的频率荽滕 蚀暮甘膈莅教师：为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。刘（二）进行新课袂1 .玻尔的原子理论袈（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。（本假设是针对原子稳定性提出的）莆（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为 En）跃迁到另一种定态（设能量为 Em）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，即 hv
3、=EmEn （h为普朗克恒量）嵋（本假设针对线状谱提出）其（3）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。原子的定态是不连续的， 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）斯2.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：曹轨道半径：rn =n2n=1 , 2, 3 裂能 量： En =；E1 n=1 , 2, 3 n蚁式中r1、E1、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 动时的能量，rn、En分别代表第n条可能轨道的半径和
4、电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。放3.氢原子的能级图芍从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。瞧（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径rn： rn=n2ri,聿ri代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径聿ri=0.53 X10-10 m黄例：n=2,2=2.12 X 10-1° m黄（2）氢原子的能级：原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En （包括动能和势能）En=E1/n2n=1, 2, 3,刷E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能
5、量神 E1=-13.6eV芨注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零,电子带负电，在正电荷的场中为负值,电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。蒂例：n=2, E2=-3.4eV,n=3, E3=-1.51eV,n=4, E4=-0.85eV,黄氢原子的能级图如图所示。脑4.玻尔理论对氢光谱的解释嵋（1）基态和激发态蚂基态：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。蔗激发态：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。腿（2）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
6、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。亵说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在 某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间 内，由某轨道跃迁到另一轨道一一可能情况只有一种。 可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在 一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各种情况出 现了。但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那赖曼系帕郝索巴耳末系些情况。建5.夫兰克赫兹实验康（1）实验的历史背景及意义芈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
7、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，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。芍1925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（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克-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
8、，在近 代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。蓬（2）夫兰克赫兹实验的理论基础袁根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相 应于一定的能量值 En （n=1, 2, 3-），这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为 基态，其它高能级所对应的态称为激发态。索当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。hv = Em - En （h为普朗克恒量）膈本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：蛔eV = Em -En （V为激发电位）康夫兰克-赫兹实验玻璃容
9、器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速电场，G与接U极A之间有减速电场。当电子在 KG空间经过加速、 碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。夫笠克拉实验的改进由于原来实验装岂的缺格.难以产生育能量拘电干.夫兰克时装H进行了改遗.把加速和通独分在两个区域进4b如下册所示：】.在削板前加一幅板，以达到旁热式加热.使电子均匀发射.电干的能步可以淘忖更准；2,用板K附近加一个楣极5，井便 管内与体更加#薄，仗电子在阳 区域只加速不理裳；1使插极5,2电势相同,即区域为手势区. 左这个区域内 电子只发生硬推.螂（3）实验原理：辐改进的夫兰克
10、-赫兹管的基本结构如下图所示。电子由阴极 K发出，阴极K和第一栅极 G1之间的加速电压 VG1K及与第二栅极 G2之间的加速电压 Vg2K使电子加速。在板极A和第 二栅极G2之间可设置减速电压 Vg2A。|灯丝夫兰克T兹管结构图初设汞原子的基态能量为 E。，第一激发态的能量为 Ei,初速为零的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为 eV,具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eV<Ei-Eo时，电子能量几乎不损失。如果eV> EEo=AE,则汞原子从电子中取得能量AE,而由基态跃迁到第一激发态，AE=eVc。相应的电位差 VC即为汞原子的第一激发电位。蔽在实验中，逐渐
11、增加 VG2K,由电流计读出板极电流Ia,得到如下图所示的变化曲线E2-2-4夫经克T 麴皆的k-V0n.:曲线蟆（4）实验结论芾夫兰克赫兹实验证明了原子被激发到不同的状态时，吸收的能量是不连续的，进而说明原子能量是量子化的。用6.玻尔理论的局限性腿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,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为基础。如粒子的观念和轨道。腿量子化条件的引进没有适当的理论解释。期7.电子在某处单位体积内出现的概率一一电子云肃（课件演不'）袂（三）课堂练习芈1.对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ACD ）BA.继承了卢瑟
12、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螃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 ”的观点表示赞同蚀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关系蚀 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薅 2 下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ C ）薄 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腿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蜩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肄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
13、是不连续的芄 3 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（ ACD ）螂 A 电子轨道半径越大B 核外电子的速率越大wC.氢原子能级的能量越大D.核外电子的电势能越大研4 .根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ D ）nA.可以取任意值 B.可以在某一范围内取任意值薄C.可以取一系列不连续的任意值艿 D 是一系列不连续的特定值肇5 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ra>rb ，则在此过程中（C ）螅 A 原子要发出一系列频率的光子蚁 B 原子要吸收一系列频率的光子芨C.原子要发出某一频
14、率的光子荽D.原子要吸收某一频率的光子黄（四）课堂小结董玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子理论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的 认识玻尔理论的关键是从 “不连续” 的观点理解电子的可能轨道和能量状态玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性。蚀 （五）作业：课本 P68 问题与练习。以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途tojibko AJiajiioAe ak pTOpwenojib symaisaidyHeHMia c ,1 e a o b 团 hhha o ji >k h eiHcnojib3OBaTbCH b KOMMepnecKHx uejiax.For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' etude et la recherche uniquementd des fins personnelles; pasd desafess commer