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玻尔的原子模型


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1. 知识与技能:了解玻尔原子理论的主要内容 2. 过程与方法:学生看书查资料,总结知识点 3. 情感态度与价值观: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 了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念 玻尔原子理论的应用 实验现象及解释 培养学生对科学的探究精神,养成独立自主勇于创新的精神 教 学 内 容 主导调控 主体活动
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课前提问:①α粒子散射实验的现象是什么? ②原子核式结构学说的内容是什么? ③卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾? 卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了 a 粒子的散射实验,初步建立了原子结构的比 较正确的图景,但跟经典的电磁理论发生了矛盾……以上矛盾表明,从宏观现象总结出来的 经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。 为了解决这个矛盾, 1913 年玻尔 在卢瑟福学说的基础上,把普朗克的量子理论运用到原子系统上,提出了玻尔理论。

一.玻尔原子理论的基本假设: 1.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。 2.跃迁假设: 原子从一种定态 (设能量为 Em 初) 跃迁到另一种定态(设 能量为 En,Em>En)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 h v= Em -En. 3.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 1 分布也是不连续的。 n=1,2,3…… rn ? n 2 r1 En ? E2 n 二.能级:原子各定态的能量值叫做能级(E=Ek+Ep) 1.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。 2.激发态:除基态以外的能量较高的其他能级,叫做激发态。

Niels Bohr 和 他 的儿子 Aage.
玻尔生于丹麦首都哥本 哈根,父亲克里斯蒂 安·玻尔是哥本哈根大学 的生理学教授,母亲出身 于一个富有的犹太人家 庭。 1903 年玻尔进入哥本 哈根大学学习物理,1911 年获博士学位。随后,他 曾在曼彻斯特大学卢瑟 福的实验室短期工作。基 于卢瑟福的原子核理论 和普朗克的量子说,1913 年玻尔提出了原子结构 的玻尔模型。按照这一模 型电子环绕原子核作轨 道运动,外层轨道比内层 轨道可以容纳更多的电 子;较外层轨道的电子数 决定了元素的化学性质。 如果外层轨道的电子落 入内层轨道,将释放出一 个带固定能量的光子 在对于量子力学的解释 上,玻尔等人提出了哥本 哈根诠释,但遭到了坚持 决定论的爱因斯坦及薛 定谔等人的反对。从此玻 尔与爱因斯坦开始了玻 尔 - 爱因斯坦论战,最有 名的一次争论发生在第 六次索尔维会议上,爱因 斯坦提出了后来知名为 爱因斯坦盒子的问题,以 求驳倒不确定性原理。玻 尔当时无言以对,但冥思 一晚后巧妙地进行了反 驳,使得爱因斯坦只得承 认不确定性原理是自洽 的。这一争论一直持续至 爱因斯坦去世

rn ? n 2 r1
(r1=0.053nm)
1 E1 n2 ( E1 ? ?13.6eV ) En ?
n ? 1,2,3?

3.说明: 1).能级的能量指总能量(即 E=Ek+Ep) :电势能 Ep<0,原因是规定了无
限远处的电势能为零;当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的 电势能 Ep 减小,电子动能增大,原子能量减小.反之,轨道半径增 大时,原子电势能增大,电子动能减小,原子能量增大.

2).跃迁特点:从高能级向低能级跃迁时发射光子; 从低能级向高能 级跃迁时吸收能量。吸收能量时有两种情况: ①吸收光子:对于能量大于或等于 13.6ev 的光子(电离) ;对于 能量小于 13.6ev 的光子(要么全被吸收,要么不吸收) ②吸收实物粒子能量: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动能 三.玻尔理论对氢光谱的解释:用玻尔理论解释氢原子的发光过程与各线
系的规律。要求学生会画跃迁示意图
n??
n?4

E? ? 0
? 0.85eV

n?3
n?2
1962 年 11 月 18 日,玻尔在哥本哈根去 世,去世前一天,他还在工作室的黑板 上画了当年爱因斯坦那个光子盒的草图

? 1.51eV
? 3.40 eV

n ?1

? 13 .6eV

1912 年,正在英国曼 彻斯特大学工作的玻 尔将一份被后人称作 《卢瑟福备忘录》的 论文提纲提交给他的 导师卢瑟福。在这份 提纲中,玻尔在行星 模型的基础上引入了 普朗克的量子概念, 认为原子中的电子处 在一系列分立的稳态 上。回到丹麦后玻尔 急于将这些思想整理 成论文,可是进展不 大。1913 年 2 月 4 日 前后的某一天,玻尔 的同事汉森拜访他, 提到了 1885 年瑞士数 学教师巴耳末的工作 以及巴耳末公式,玻 尔顿时受到启发。后 来他回忆到“就在我 看到巴耳末公式的那 一瞬间,突然一切都 清楚了,”“就像是 七巧板游戏中的最后 一块。”这件事被称 为玻尔的“二月转 变”。1913 年 7 月、9 月、11 月,经由卢瑟 福推荐,《哲学杂志》 接连刊载了玻尔的三 篇论文,标志着玻尔 模型正式提出。这三 篇论文成为物理学史 上的经典,被称为玻 尔模型的“三部曲”。

四.玻尔模型的成功之处与局限性: 成功地解释了原子的稳定性、大小及
氢原子光谱的规律性;局限这处在于,玻尔理论是经典与量子的混合物, 不是一个自洽的理论体系。它保留了经典的确定性轨道,另一方面又假定 量子化条件来限制电子的运动。它不能解释稍微复杂的问题,正是这些困 难,迎来了物理学的大革命。

玻尔的电子壳层 模型是思想领域 中最高的音乐神 韵。—爱因斯坦

板 书 设 计

一.玻尔原子理论的基本假设:

三.玻尔理论对氢光谱的解释:

四.玻尔模型的成功之处与局限性: 二.能级:原子各定态的能量值叫做能 级(E=Ek+Ep)

课 后 小 结

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