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1、第 四 節(jié) 盧 瑟 福 的 原 子 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型 與 經(jīng) 典 電 磁 理 論 的 矛 盾核 外 電 子 繞 核 運 動輻 射 電 磁 波 ， 能 量 變 少電 子 軌 道 半 徑 連 續(xù) 變 小 ， 最 后 會 栽 在 原 子 核 上原 子 不 穩(wěn) 定輻 射 電 磁 波 頻 率 連 續(xù) 變 化事 實 上 ： 原 子 是 穩(wěn) 定 的 ， 電 子 總 是 繞 著 原 子 核 運 動 原 子 光 譜 是 線 狀 譜e 玻爾理論的基本假設(shè)現(xiàn) 象 ： 氫 原 子 光 譜 是 分 立 (線 狀 )的 ， 原 子 是 穩(wěn) 定 的 .設(shè) 想 ： 原 子 內(nèi) 部 的 能 量 也 是 不 連 續(xù) 的 。

2、F1913年 丹 麥 物 理 學(xué) 家 玻 爾 在 盧 瑟 福 核 模 型 基 礎(chǔ) 上 ，結(jié) 合 普 朗 克 量 子 假 設(shè) 和 原 子 光 譜 的 分 立 性 ， 提 出 假設(shè) ：定 態(tài) 假 設(shè) ： 原 子 只 能 處 于 一 系 列 不 連 續(xù) 的 能 量 狀態(tài) 中 ， 在 這 些 具 有 確 定 能 量 狀 態(tài) 的 原 子 是 穩(wěn) 定 的 ，電 子 雖 然 繞 核 運 動 ， 但 并 不 向 外 輻 射 能 量 。 這 些 狀態(tài) 叫 定 態(tài) 玻爾理論的基本假設(shè)軌 道 能 級 化 假 設(shè) ：原 子 的 不 同 能 量 狀 態(tài) 跟 電 子 沿 不 同 的 圓 形 軌 道 繞 核 運動 相 對

3、應(yīng) 。 原 子 的 定 態(tài) 是 不 連 續(xù) 的 ， 因 此 電 子 的 可 能軌 道 的 分 布 也 是 不 連 續(xù) 的 。 (1)處 于 高 能 級 的 原 子 會 自 發(fā) 地 向 低 能 級 躍 遷 ， 并 且 在 這 個 過 程 中 輻 射 光 子 。(2)反 之 ， 原 子 吸 收 了 特 定 頻 率 的 光 子 或 者 通 過 其 他 途 徑 獲 得 能 量 時 便 可 以 從 低 能 級 向 高 能 級 躍 遷 。 hv EmEmhv EmEn躍 遷 假 設(shè) :從 一 個 定 態(tài) 到 另 一 個 定 態(tài) 總結(jié)：能級結(jié)構(gòu)猜想能 級 ： 原 子 內(nèi) 部 不 連 續(xù) 的 能 量 狀 態(tài)

4、所 具 有 的 的 能 量 稱為 原 子 的 能 級 。 數(shù) 值 上 等 于 原 子 在 定 態(tài) 時 的 能 量 值 。躍 遷 ： 原 子 從 一 個 能 級 變 化 到 另 一 個 能 級 的 過 程 。 在 躍 遷 的 過 程 中 ， 原 子 輻 射 (或 吸 收 )光 子 的 能量 為 : hv= Em- En 輻 射 條 件 E m和 En分 別 為 躍 遷 前 后 的 能 級 w 能 級 的 計 算 最 先 得 出 氫 原 子 能 級 表 達 式 的 ， 是 丹 麥 物 理 學(xué)家 玻 爾 ， 他 在 吸 取 前 人 思 想 的 基 礎(chǔ) 上 ， 通 過 大 膽假 設(shè) ， 推 導(dǎo) 出 氫

5、 原 子 的 能 級 滿 足 ： 式 子 表 明 ， 氫 原 子 的 能 量 是 不 連 續(xù) 的 ， 只 能 取 一些 定 值 ， 也 就 是 說 氫 原 子 的 能 量 是 量 子 化 的 ,因 此n也 被 稱 為 能 量 量 子 數(shù) 。 n=1,2,3,4， n取 正 整 數(shù) 2nRhcEn 注 意 ： 原 子 的 能 量 一 般 指 電 勢 能 與 動 能 之 和 即 ： En=(EP+EK) 0 電 子 吸 收 到 的 能 量 恰 好 等 于 當(dāng) 時 能 量 的 絕對 值 時 ,電 子 恰 好 被 電 離 。 恰 好 電 離 后 En=0、 EP=0、 EK=0 電 子 吸 收 到 的

6、 能 量 大 于 當(dāng) 時 能 量 的 絕 對 值 時 ，電 子 被 電 離 ， 電 離 后 E 0、 EP=0、 EK 0 電 子 吸 收 能 量 的 形 式 一 般 有 兩 種 吸 收 合 適 頻 率 光 子 的 能 量 （ 可 能 全 吸 收或 全 不 吸 收 ） 電 子 與 其 它 粒 子 碰 撞 時 吸 收 能 量 （ 全 吸收 或 部 分 吸 收 ） （ 1） 動 能 跟 n 的 關(guān) 系由 nnn rmvrke 222 得 222 1221 nrkemvE nnkn （ 2） 電 勢 能 跟 n的 關(guān) 系 22 1- nrkeerkeeE nnp （ 3） 能 級 能 量 與 n的

7、關(guān) 系 2212 12- nnErkeEEE npkn 一 、 氫 原 子 的 能 級基 態(tài) ： 在 正 常 狀 態(tài) 下 ， 氫 原 子 處 于 最 低 的 能 級 E1 (n=1),這 個 最 低 能 級 對 應(yīng) 的 定 態(tài) 稱 為 基 態(tài) 。激 發(fā) 態(tài) ： 當(dāng) 電 子 受 到 外 界 激 發(fā) 時 ， 可 從 基 態(tài) 躍 遷 到 較 高 的 能 級 E2， E3上 ， 這 些 能 級 對 應(yīng) 的 定 態(tài) 稱 為 激 發(fā) 態(tài) 。 處 于 激 發(fā) 態(tài) 的 原 子 是 不 穩(wěn) 定 的 ， 它 會 向 較 低 的能 級 躍 遷 ， 躍 遷 時 釋 放 出 來 的 能 量 以 光 子 的 形 式 向外

8、 輻 射 ， 這 就 是 氫 原 子 發(fā) 光 的 現(xiàn) 象 。 原 子 輻 射 出 的光 子 的 能 量 等 于 兩 能 級 間 的 能 量 差 。 n=1 E1E2n=2 E3n=3 E4n=4 10 .2eV12 .1eV12 .8eV吸收能量放出能量氫 原 子 能 級 結(jié) 構(gòu) -3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0 eV-13.6eV賴 曼 系 普 豐 德 系布 喇 開 系帕 邢 系巴 耳 末可見光 光 譜 分 析 ： 主 要 是 用 線 狀 譜 氫 原 子 的 光 譜 的 巴 爾 末 系可 見 光 大 約 范 圍 ：380nm780nm 光 譜 分 析 氫 原 子 的

9、軌 道 關(guān) 系 : 1 121 , 13.6( nE E E eVn 其 中取 無 限 遠 處 的 電 勢 能 為 0) 2nRhcEn 氫原子的能級w 從 可 算 出 ：L,3,2,1 , 21 nnEEn 以 無 窮 遠 處 作 為 零 電 勢 參 考 位 置2nRhcEn n=1,2,3,4， n取 正 整 數(shù)eVE 6.131 eVE eVE 51.1 4.332 w 能 級 間 的 躍 遷 產(chǎn) 生 不 連 續(xù) 的 譜 線 ， 從 不 同 能 級 躍 遷到 某 一 特 定 能 級 就 形 成 一 個 線 系 。 玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題，但是也有它的局限性在解

10、決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念同時又應(yīng)用了“軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難半 經(jīng) 典 半 量 子 理 論 ， 存 在 邏 輯 上 的 缺 點 ， 即 把 微 觀 粒 子 看 成 是 遵 守 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 質(zhì) 點 ， 同 時 ， 又 賦 予 它 們 量 子 化 的 特 征 。 二 、 能 級 與 光 譜 項 之 間 的 關(guān) 系 知 識 回 顧 ： 2 21 1 1( ) 3, 4, 5, .2R nn 1885年 ,巴 耳 末 對 當(dāng) 時 已 知 的 ,在 可 見 光 區(qū) 的 4條 譜 線 作了 分 析 ,發(fā) 現(xiàn) 這 些 譜

11、線 的 波 長 可 以 用 一 個 公 式 表 示 ：在 躍 遷 的 過 程 中 ， 原 子 輻 射 (或 吸 收 )光 子 的 能 量 為 : hv= Em- En 輻 射 條 件 Em和 En分 別 為 躍 遷 前 后 的 能 級)()(1 nTmT 公 式 可 寫 成 ： 其 中 T（ m） 和 T（ n）稱 為 光 譜 項 w 能 級 與 光 譜 項 之 間 的 關(guān) 系 能 級 的 計 算 n=1,2,3,4， n取 正 整 數(shù)2nRhcEn )( 22 nRhcmRhcEEh nm 根 據(jù) 輻 射 條 件 ： hv= Em- En )( 22 nRhcmRhcch )(1 22 nR

12、mR 課堂練習(xí)1.下 面 關(guān) 于 玻 爾 理 論 的 解 釋 中 , 正 確 的 說 法 是 ( )A.原 子 只 能 處 于 一 系 列 不 連 續(xù) 的 狀 態(tài) 中 ， 每 個 狀 態(tài) 都對 應(yīng) 一 定 的 能 量 ；B.原 子 中 ， 雖 然 核 外 電 子 不 斷 做 加 速 運 動 ， 但 只 要 能量 狀 態(tài) 不 改 變 ， 就 會 向 外 輻 射 能 量 ；C.原 子 從 一 種 定 態(tài) 躍 遷 到 另 一 種 定 態(tài) 時 ， 一 定 要 輻 射一 定 頻 率 的 光 子 ；D.原 子 的 每 一 個 能 量 狀 態(tài) 都 對 應(yīng) 一 個 電 子 軌 道 ， 并 且這 些 軌 道 是

13、 不 連 續(xù) 的 。 AD 三 原 子 躍 遷 的 幾 個 問 題1 能 量 變 化 問 題例 . 氫 原 子 的 能 級 是 氫 原 子 處 于 各 個 定 態(tài) 時 的能 量 值 ， 它 包 括 氫 原 子 系 統(tǒng) 的 電 勢 能 和 電 子在 軌 道 上 運 動 的 動 能 。 氫 原 子 的 電 子 由 外 層軌 道 躍 遷 到 內(nèi) 層 軌 道 時 （ ）A、 氫 原 子 的 能 量 減 小 ， 電 子 的 動 能 增 加B、 氫 原 子 的 能 量 增 加 ， 電 子 的 動 能 增 加C、 氫 原 子 的 能 量 減 小 ， 電 子 的 動 能 減 小D、 氫 原 子 的 能 量 增

14、 加 ， 電 子 的 動 能 減 小 A 一 群 氫 原 子 處 于 量 子 數(shù) 為 n的 激 發(fā) 態(tài) 時 ，可 能 輻 射 出 的 光 譜 線 條 數(shù) 為 ， 一 個氫 原 子 處 于 量 子 數(shù) n為 的 激 發(fā) 態(tài) 時 ， 最 多可 能 輻 射 出 的 光 譜 線 條 數(shù) 為 。2 原 子 躍 遷 時 釋 放 光 子 的 頻 率 種 數(shù) 問 題( 1)2n n 1n三 、 幾 個 需 要 注 意 的 問 題 課堂練習(xí)導(dǎo) 與 練 P78 7、 3、 4、 11 4.實 物 粒 子 和 原 子 的 碰 撞 問 題由 于 實 物 粒 子 的 動 能 可 部 分 或 全 部 被 原 子 吸 收

15、， 所 以 只要 入 射 粒 子 的 動 能 原 子 某 兩 定 態(tài) 能 之 差 ，也 可 使 原 子 受 激 發(fā) 而 向 高 能 態(tài) 躍 遷 。 導(dǎo) 練 P78,105 躍 遷 與 概 率 的 綜 合 問 題 例 . （ 2004全 國 理 綜 ） 現(xiàn) 有 1200個 氫 原 子 被 激 發(fā) 到 量子 數(shù) 為 4的 能 級 上 ， 若 這 些 受 激 氫 原 子 最 后 都 回 到 基 態(tài) ，則 在 此 過 程 中 發(fā) 出 的 光 子 總 數(shù) 是 多 少 ？ 假 設(shè) 處 在 量 子數(shù) 為 n的 激 發(fā) 態(tài) 的 氫 原 子 躍 遷 到 各 較 低 能 級 的 原 子 數(shù) 都是 處 在 該 激 發(fā) 態(tài) 能 級 上 的 原 子 總 數(shù) 的 （ n-1） 。（ ） A、 2200 B、 2000 C、 1200 D、 2400 11n A 大 于 或 等 于