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2020高考波爾能級(jí)模型的知識(shí)點(diǎn)

來源:高考網(wǎng)整理 2019-10-19 21:47:38

  2020年高考即將開戰(zhàn),你準(zhǔn)備好了嗎?對(duì)于高中物理成績不好的同學(xué)來說,熟悉復(fù)習(xí)資料的積累要隨時(shí)整理。高考網(wǎng)小編為各位考生整理了一些高考物理必備的知識(shí)點(diǎn),供大家參考閱讀!

  高中物理中探索的原子模型一共有兩種,盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型和波爾能級(jí)模型。

  通過對(duì)物質(zhì)進(jìn)行光譜分析,我們發(fā)現(xiàn)一些物質(zhì)(比如氫氣)的光譜是線狀譜。(或者說在某個(gè)頻段線狀譜非常明顯)我們來做一個(gè)對(duì)比:電子圍繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星圍繞行星做圓周運(yùn)動(dòng)。

  同樣都是在做圓周運(yùn)動(dòng),可現(xiàn)實(shí)中原子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與基本力學(xué)理論對(duì)比是非常矛盾的。

  由開普勒定律或牛頓第二定律可知,行星運(yùn)行的R與v是一一對(duì)應(yīng)的。

  即任意一個(gè)R對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的v,對(duì)應(yīng)固定的一個(gè)固定的能量E;蛘哒f,行星與衛(wèi)星構(gòu)成的體系能量是可以連續(xù)分部的。(因?yàn)镽連續(xù))

2020高考波爾能級(jí)模型的知識(shí)點(diǎn)1


  盧瑟福的困惑

  1911年,英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)1910年進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型(見參考文獻(xiàn)解析)。

  在這個(gè)模型里,電子像太陽系的行星圍繞太陽轉(zhuǎn)一樣圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。但是根據(jù)經(jīng)典電磁理論,這樣的電子會(huì)發(fā)射出電磁輻射,損失能量,以至瞬間坍縮到原子核里。

  這與實(shí)際情況不符,盧瑟福無法解釋這個(gè)矛盾。

  我們現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這樣的規(guī)律:氫原子的核外電子軌道,是不連續(xù)的,也就是說核外電子的運(yùn)動(dòng),總是集中在固定的若干個(gè)軌道上。這就說明,氫原子的能級(jí)也是間斷不連續(xù)的。

  這是與盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型相矛盾的。

  波爾能級(jí)模型

  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,在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的。電子雖然繞核旋轉(zhuǎn),但并不向外輻射能量,這些狀態(tài)叫定態(tài) 。

  能量假設(shè)

  原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定。hv=Em-En(h為普朗克常數(shù))。

  軌道假設(shè)

  原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道。由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的,因此電子運(yùn)動(dòng)的軌道也可能是不連續(xù)的,即電子不能在任意半徑的軌道上運(yùn)動(dòng)。

  波爾的改進(jìn)

2020高考波爾能級(jí)模型的知識(shí)點(diǎn)2


  波爾在盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,基于原子理論的3條基本假設(shè)構(gòu)建了原子能及模型。

  玻爾原子理論的基本假設(shè):

 。1)定態(tài)假設(shè):電子在原子核庫侖引力作用下,按經(jīng)典力學(xué)規(guī)律,沿圓形軌道運(yùn)動(dòng),且不向外輻射電磁波,因而原子處于穩(wěn)定狀態(tài)(定態(tài)),其能量(稱能級(jí)) 保持不變。

 。2)頻率條件:當(dāng)原子由高能級(jí)Em的定態(tài)躍遷至低能級(jí)En的定態(tài)要發(fā)射光子,反之要吸收光子。王尚輔導(dǎo)書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會(huì)掃題旁二維碼即可看視頻,學(xué)習(xí)更高效,考試分?jǐn)?shù)更高。歡迎微信teacherws咨詢。

  光子頻率滿足下面的條件:hv=Em-En

  (3)電子繞核軌道量子化。

  電子只能在某些特定的分立軌道上運(yùn)動(dòng)。

  玻爾認(rèn)為,氫原子中的一個(gè)電子繞原子核作圓周運(yùn)動(dòng),并作一個(gè)硬性的規(guī)定:電子只能處于一些分立的軌道上,它只能在這些軌道上繞核運(yùn)動(dòng),且不產(chǎn)生輻射,當(dāng)一個(gè)電子從一個(gè)定態(tài)軌道躍遷到另一個(gè)定態(tài)軌道,會(huì)以電磁波的形式放出能量。

  波爾能級(jí)模型方程

  波爾能級(jí)模型方程:

  hv=Em-En

  其中,v為光子的頻率,h為普朗克常量,Em與En分別為m定態(tài)和n定態(tài)的原子能量。

  什么是基態(tài)

  基態(tài) 是指在正常狀態(tài)下,原子處于最低能級(jí),這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)的這種定態(tài)。

  基態(tài)的概念是基于能層原理、能級(jí)概念、能量最低原理而來的。基態(tài)是原子最穩(wěn)定的狀態(tài)。比如,氫原子能級(jí)圖像中,-13.6eV所對(duì)應(yīng)的定態(tài),就是基態(tài)。

  什么是激發(fā)態(tài)

  除了基態(tài)之外,所有的定態(tài),都是激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的,在自然情況下,會(huì)向基態(tài)躍遷。在從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程中,原子會(huì)輻射出光子。

  波爾能級(jí)模型的發(fā)展歷史

  20世紀(jì)初期,德國物理wuli.in學(xué)家普朗克為解釋黑體輻射現(xiàn)象,提出了量子論,揭開了量子物理學(xué)的序幕。

  19世紀(jì)末,瑞士數(shù)學(xué)教師巴耳末將氫原子的譜線表示成巴耳末公式,瑞典物理學(xué)家里德伯總結(jié)出更為普遍的光譜線公式里德伯公式。然而巴耳末公式和式里德伯公式都是經(jīng)驗(yàn)公式,人們并不了解它們的物理含義。

  1911年,英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)1910年進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型。

  在這個(gè)模型里,電子像太陽系的行星圍繞太陽轉(zhuǎn)一樣圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。但是根據(jù)經(jīng)典電磁理論,這樣的電子會(huì)發(fā)射出電磁輻射,損失能量,以至瞬間坍縮到原子核里。這與實(shí)際情況不符,盧瑟福無法解釋這個(gè)矛盾。

2020高考波爾能級(jí)模型的知識(shí)點(diǎn)3


  1912年,正在英國曼徹斯特大學(xué)工作的玻爾將一份被后人稱作《盧瑟福備忘錄》的論文提綱提交給他的導(dǎo)師盧瑟福。

  在這份提綱中,玻爾在行星模型的基礎(chǔ)上引入了普朗克的量子概念,認(rèn)為原子中的電子處在一系列分立的穩(wěn)態(tài)上;氐降満蟛柤庇趯⑦@些思想整理成論文,可是進(jìn)展不大。

  1913年2月4日前后的某一天,玻爾的同事漢森拜訪他,提到了1885年瑞士數(shù)學(xué)教師巴耳末的工作以及巴耳末公式,玻爾頓時(shí)受到啟發(fā)。

  后來他回憶到“就在我看到巴耳末公式的那一瞬間,突然一切都清楚了,”“就像是七巧板游戲中的最后一塊。”這件事被稱為玻爾的“二月轉(zhuǎn)變”。

  1913年7月、9月、11月,經(jīng)由盧瑟福推薦,《哲學(xué)雜志》接連刊載了玻爾的三篇論文,標(biāo)志著玻爾模型正式提出。這三篇論文成為物理學(xué)史上的經(jīng)典,被稱為玻爾模型的“三部曲”。

 

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