第4章 第4节 玻尔原子模型（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第4节　玻尔原子模型 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。 2．了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。 3．会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量。 掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。 了解玻尔模型的不足之处及其原因。 [对应学生用书P67] 知识点一 玻尔原子模型 1.卢瑟福原子核式结构模型遇到的困难➊ 卢瑟福的原子核式结构模型不能解释原子的稳定性和原子光谱的不连续性。 2．玻尔原子模型 (1)轨道定态：原子核外的电子只能在一些分立的特定轨道上绕核运动；电子的轨道和原子的能量都是量子化的。电子虽然做圆周运动，但不向外辐射能量，处于稳定的状态，电子处于分立轨道的这些状态称为定态。 (2)频率条件：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，原子会辐射光子。反之，当吸收光子时，电子会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道，该光子的能量应满足频率条件：hν＝Em－En(m>n)。 知识点二 氢原子的能级结构 1.能级：在玻尔的原子模型中，原子只能处于一系列不连续的能量状态。在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值称为能级。 2．氢原子在不同能级上的能量值为：En＝E1，(E1＝－13.6 eV，n＝1，2，3，…)，相应的电子轨道半径为：rn＝n2r1(r1＝0.53×10-10 m，n＝1，2，3，…)。 3．基态和激发态：在正常状态下，原子处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态称为基态。电子吸收能量后，原子从低能级跃迁➋到高能级，这时原子的状态称为激发态。 4．氢原子能级结构示意图(由高能级向低能级跃迁) 知识点三 解释氢原子光谱 由玻尔理论可知，激发到高能级Em的电子跃迁到低能级En，辐射出的光子的能量为hν＝Em－En＝－，即ν＝－(－)，此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致。当n＝2, m＝3, 4, 5, 6，…时，这个式子与巴耳末公式一致。电子从更高的能级跃迁到n＝2的能级，可得氢原子巴耳末系的光谱线➌。 知识点四 玻尔理论的局限➍ 1.成功之处 玻尔理论冲破了经典物理中能量连续变化的束缚，解释了原子结构和氢原子光谱的关系。引入了普朗克的量子化概念，认为电子轨道和能量都是量子化的。 2．局限性：认为电子是经典粒子，运动有确定的轨道。 3．电子云 为了形象地描述电子的运动情况，人们将这些概率用点的方式表现出来，若某一空间范围内电子出现的概率大，则这里的点就密集；若某一空间范围内电子出现的概率小，则这里的点就稀疏。这种用点的疏密表示电子出现的概率分布的图形，称为电子云。 1．玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型。(×) 2．玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量。(√) 3．原子跃迁时吸收或辐射光子的能量必须是两能级之差。(√) 批注➊：原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是量子化的，电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，且不产生电磁辐射。 批注：氢原子跃迁图 批注➋：氢原子光谱亮线的数量 氢原子 所处能级 一个 氢原子 一群氢原子 2 1 1 3 2 1＋2 4 3 1＋2＋3 … … … n n－1 Cn2＝ 批注➌：玻尔的原子模型无法说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构，玻尔理论虽然引用了量子化概念，却没有跳出经典力学的范围，实际上电子的运动并不遵循经典物理学的力学定律，而是具有微观粒子所特有的规律性。 [对应学生用书P69] 探究点一　对玻尔理论的理解　(物理观念之形成) ◆情境探究 按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动。我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？ 答案：不可以。在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值。 ◆探究归纳 1．轨道量子化 (1)轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的数值。 (2)轨道半径公式：rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。氢原子的最小轨道半径r1＝0.53×10-10 m。 2．能量量子化 (1)与轨道量子化对应的能量不连续的现象。 (2)其能级公式：En＝，式中n称为量子数，对应不同的轨道，n取值不同，基态取n＝1，激发态n＝2，3，4，…；量子数n越大，表示能级越高。对氢原子，以无穷远处为势能零点时，基态能量E1＝－13.6 eV。 3．跃迁 原子从一种定态(设能量为Em)跃迁到另一种定态(设能量