第4章 第4节 玻尔原子模型-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第4节　玻尔原子模型 【核心素养目标】 物理观念 初步形成玻尔理论能级结构的基本概念。 科学思维 能利用猜想假设的方法解释光谱的特征。 科学探究 能查阅资料，提出与量子化有关的物理问题。 科学态度与责任 认识物理模型的局限性，感受微观世界的魅力。 一、玻尔原子模型 1．玻尔理论的建立背景和观点 (1)经典理论的困难 ①做加速运动的电子应辐射出电磁波，它的能量要逐渐减少。电子应沿螺旋线轨道落入原子核，从而导致原子不稳定。但实际却不是这样，卢瑟福原子模型不能解释原子的稳定性。 ②电子辐射的电磁波的频率应等于它绕原子核运行的频率，随着轨道半径的不断变化，电子绕原子核运行的频率不断变化，辐射的电磁波的频率也应不断变化。这样，大量原子发光的频率应当是连续变化的，而实际上原子光谱是不连续的线状光谱。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)玻尔观点：玻尔接受普朗克和爱因斯坦的量子化思想，并将原子结构与光谱联系起来，在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上提出了玻尔原子模型。 学生用书第71页 2.玻尔原子理论的主要内容 (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；电子在这些轨道上运动时，原子具有一定能量，其数值也是分立的，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。辐射(或吸收)的光子的能量hν由两个定态的能量差决定，即该光子的能量应满足频率条件hν＝Em－En(m>n)。 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，各个确定的能量值叫作能级。 2．氢原子能级和轨道半径公式 En＝(n＝1，2，3，…) rn＝n2r1(n＝1，2，3，…) 式中，E1≈－13.6 eV，r1＝0.53×10－10 m。 3．氢原子的能级结构图：将氢原子所有可能的能量值画在一张图上，则可得到氢原子的能级结构示意图(如图所示)。 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，原子从低能级跃迁到高能级，这时原子的状态称为激发态。当电子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时，原子会辐射能量；当电子从低能级轨道跃迁到高能级轨道时，原子要吸收能量。因为能级是不连续的，所以原子在电子跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始、末两个能级间的能量差。能量差值不同，辐射的光子频率也不同，由此便产生了不同波长的光。 4．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＝－，所以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(如图所示)。 5．玻尔理论的局限：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。然而，玻尔理论却无法解释多电子原子的光 谱(如氦原子光谱)。这是因为，该理论虽然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，但没有跳出经典力学的范围，认为电子是经典粒子，运动有确定的轨道。因此，玻尔理论是一种半经典的量子论，是向描述微观粒子规律的量子力学过渡阶段中的一个理论。 学生用书第72页 1．判断正误 (1)玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型。(　×　) (2)玻尔认为原子的定态是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量。(　√　) (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。(　×　) (4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。(　√　) (5)第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为Em∶En＝n2∶m2。(　√　) (6)当氢原子由能量为E的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝。(　×　) 2．链接实景 观察电子的分立轨道示意图？思考以下问题： (1)电子的轨道有什么特点？ (2)氢原子只有一个电子，电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生？ 提示：　(1)电子的轨道不是连续的，是量子化的。 (2)电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时会放出光子，电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时会吸收光子。 知识点一　玻尔的原子理论 1．玻尔原子理论的基本假设 基本假设 内容 定态假设 原子只能处于一系列能量不连续的状态中，在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然