2020高考波爾能級(jí)模型的知識(shí)點(diǎn)

　　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(jī)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。或者說，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)）

　　盧瑟福的困惑

　　1911年，英國(guó)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)

　　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(guó)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(guó)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。

　　1912年，正在英國(guó)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。回到丹麥后玻爾急于將這些思想整理成論文，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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