高中物理人教大纲版第三册：21.3 能级 （备课资料）.docVIP

●备课资料 一、玻尔生平 玻尔（1885-1962）丹麦物理学家，生于哥本哈根，1911年毕业于哥本哈根大学.不久去英国从事研究工作，参加卢瑟福的原子结构研究小组，研究核式原子模型.他最先发现原子序数对化学元素的物理和化学性质的重要意义.1913年他把爱因斯坦和普朗克的量子论与核式原子结合起来，解释了氢原子的发射光谱，因而获得了1922年诺贝尔物理奖.1920年哥本哈根大学根据他的倡议成立了一个理论物理研究所，他担任了该所的所长，直到逝世. 在1925~1926年间创立量子力学的过程中，玻尔领导的哥本哈根物理研究所，成为世界原子物理研究中心.稍后他又提出了经典规律和量子规律之间的对应原理.这些工作对量子论和量子力学的建立起了重要作用.玻尔在原子核反应理论方面也有很大的贡献.他提出的原子核的液滴模型对理解核裂变具有重大意义. 1943年，他从德军占领下的丹麦逃往美国，参加了原子弹的研制工作.战后他极力主张和平利用原子能，还领导建立了欧洲核子研究中心（CERN）. 玻尔理论中心的普遍规律 玻尔理论是建立在物理学三方面的进展的基础上的.这三方面是：（1）光谱的实验资料和经验规律；（2）以实验为基础的核式结构模型；（3）从黑体辐射的事实发展出来的量子论.玻尔在这个基础上推究原子内部的情况，在原子物理学上跨进了一大步. 玻尔理论不仅讨论了氢原子的具体问题，这还包括着关于原子的基本规律.可以做如下陈述： （1）原子只能较长久地停留在一些稳定的状态（简称定态）.原子在这些状态时，不发出或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的，原子的能量不论通过什么方式发生改变，这只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态. （2）原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射的频率是一定的.如果用E1和E2代表有关二定态的能量，辐射的频率ν决定于如下关系： hν =Em-En 式中h为普朗克常数. 上述第一条是关于原子的量子化的定态的陈述.第二条是辐射的频率法则.这些规律不仅对一切原子是正确的，而且对其他微观客体也是适用的，因而是重要的普遍规律.量子化是微观客体的特征，也是它的基本性质. 二、玻尔的原子模型 1.卢瑟福模型的困难 （1）电子绕核运动应辐射电磁波，能量逐渐减少，轨道半径不断变小，最终将落入原子核，即原子应是不稳定的.这与实际情况不符. （2）电子绕核运动辐射的电磁波的频率等于运行频率，随着轨道半径的变小，电磁波频率将逐渐变化，因此原子光谱应是包含一切频率的连续谱.这与实际的原子光谱为线状谱不符. 2.玻尔理论——三点假设 （1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，电子绕核运动不会辐射能量. （2）跃迁：原子从一种定态（能量E1）跃迁到另一种定态（能量E2）需辐射（或吸收）一定频率的光子.光子的能量为hν=E1-E2. （3）轨道量子化：原子核外电子只能在一系列不连续的轨道上运动. 3.氢原子的两个公式 轨道半径公式Rn=n2R1,n=1,2,3,… 能级公式En=E1/n2,n=1,2,3,… 式中R1=0.53×10-10 m，是电子离核最近的轨道半径；E1=-13.6 eV,是氢原子基态的能量. 4.氢原子的能级 氢原子的各种定态时的能量值叫做能级，根据以上的计算，可画出示意的能级图. 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. 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. 明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能. 原子无论吸收能量还是辐射能量，这个能量不是任意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差. 明确：一个原子可以有许多不同的能量状态和相应的能级，但在某一时刻，一个原子不可能既处于这一状态也处于那一状态.如果有大量的原子，它们之中有的处于这一状态，有的处于那一状态.氢光谱的观测就说明了这一事实，它的光谱线不是一个氢原子发出的，而是不同的氢原子从不同的能级跃迁到另一些不同能级的结果. 三、玻尔理论的成功和局限 1.用玻尔理论解释氢光谱 （1）原子发光是能级间跃迁的结果，所辐射（或吸收）的光子频率为ν=(Em-En)/h （2）氢原子从不同高能态向同一低能态跃迁时辐射的光属于同一谱系. （3）氢原子从不同高能态跃向n=2的能级时辐射的光属于巴耳末线系；从不同高能态跃向n=3的能级时辐射的光属于帕邢线系；…（图21—10） 2.玻尔理论成功的原因及其局限性 成功原因：引入量子化概念，无论是电子绕核运动的轨道或原子的能级都是分立的，不