學(xué)好“玻爾氫原子模型”的秘訣

張 馳

(山東省寧陽第一中學(xué) 271400)

物理老師在課上講到“玻耳理論”在人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的過程中的重要意義，為建立描述微觀世界運動規(guī)律的量子力學(xué)奠定了基礎(chǔ)，是原子物理學(xué)的重點和難點，也是高考的熱點(3-5高考改為必考內(nèi)容).學(xué)習(xí)過程中由于內(nèi)容抽象，不易理解，周圍的不少同學(xué)感覺到較難接受，一頭霧水.我在學(xué)習(xí)中通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)掌握以下“秘訣”學(xué)習(xí)起來就比較輕松，以求給同學(xué)們點滴啟示.

一、通過計算分析，突破經(jīng)典理論

通過復(fù)習(xí)盧瑟福核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，指出盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型很好的解釋了粒子的散射，但很快遇到了現(xiàn)實中的困難，主要有兩個方面：

1.原子是否穩(wěn)定

2.原子發(fā)光時，所發(fā)出的光頻率是否單一

在盧瑟福實驗室工作的玻爾堅信原子的核式結(jié)構(gòu)是符合客觀事實的，他認(rèn)為引起上述矛盾的原因是：微觀物體的變化規(guī)律不能用從宏觀現(xiàn)象中的出的經(jīng)典理論加以說明.要解決上述問題必須對經(jīng)典理論加以改造.

二、通過模型類比，鞏固所學(xué)知識

氫原子中的電子運動屬于微觀現(xiàn)象，對這一微觀現(xiàn)象同學(xué)們可能感到比較陌生，可以與同學(xué)們比較熟悉的宏觀現(xiàn)象中的人造衛(wèi)星的運動很類似，因為支配衛(wèi)星和電子運動的里都遵循平方反比關(guān)系，故它們在物理模型上和運動規(guī)律上十分相似.

模型關(guān)系 人造衛(wèi)星氫原子原理式F萬=F向即:GMmr2=mv2rF庫=F向即:ke2r2=mv2r環(huán)繞速度于軌道半徑的關(guān)系v=GMr即:v∝1rv=ke2mr即:v∝1r角速度與軌道半徑的關(guān)系ω=GMr3即:ω∝1r3ω=ke2mr即:ω∝1r3環(huán)繞周期與軌道半徑的關(guān)系T=2πr3GM即:T∝r3T=2πmr3ke2即:T∝r3動能與軌道半徑的關(guān)系EK=GMm2r即:EK∝1rEK=ke22r即:EK∝1r

三、通過變通知識，化抽象為淺顯

對經(jīng)典理論進(jìn)行改造是由丹麥青年物理學(xué)家玻耳完成的.玻爾創(chuàng)造性的把普朗克的量子理論應(yīng)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型中，提出了新的原子理論——玻耳理論.玻耳理論的主要內(nèi)容是三點假設(shè).教材中的內(nèi)容理論性太強、太抽象，不易理解.在這里對教材內(nèi)容稍做變化和變通，使其通俗易懂，便于記憶.

1.只允許電子在某些特定的軌道上運動———軌道量子化

2.原子只能處于與軌道量子化對應(yīng)的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)原子是穩(wěn)定的，不輻射能量———能量狀態(tài)量子化.

3.在適當(dāng)?shù)臈l件下，允許電子“跳躍”———“躍遷”假說

玻耳認(rèn)為，正常狀態(tài)下，電子處于能量較低的狀態(tài)，在光照等適當(dāng)條件下，便能從低能級軌道躍遷到高能級軌道，在高能級軌道上不穩(wěn)定，有要躍遷到的低能級軌道上，躍遷過程中吸收或輻射的能量由兩能級的能量差決定.

四、理解注意事項，全面掌握知識

在處理氫原子能級問題時，注意以下問題，能使同學(xué)們進(jìn)一步加深對知識的理解.

1.光子使原子發(fā)生能級躍遷與實物粒子(如電子、質(zhì)子等)使原子發(fā)生能級躍遷的區(qū)別

2.注意原子電離的特點

使基態(tài)原子中的電子得到一定的能量，徹底擺脫原子核的束縛而成為自由電子叫電離，電離后r→，E→0，所以對于光子和原子作用而使原子發(fā)生電離時，不再受hν=En-Em這一條件的限制，這是因為原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵循有關(guān)的原子結(jié)構(gòu)理論.

3.注意原子躍遷的特點

參考文獻(xiàn)：

[1]趙凱華.張維善著， 新概念高中物理讀本第三冊[M].北京：人民教育出版社，2015:212～216.

[2]戚廣春,王玉玲.用小鋼珠或硬幣演示泊松亮斑實驗[J].物理教師,2005(10).