第4章 第4节 玻尔原子模型（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 导学 物理观念 (1)了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 (2)了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。 (3)认识玻尔的原子理论与卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系。 科学思维 利用玻尔的原子模型解释氢原子光谱。 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．经典电磁理论的困境 (1)按照经典电磁理论，电子辐射电磁波，能量不断减少，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，电子应沿螺旋线轨道落入原子核，从而导致原子不稳定，而实际上原子是稳定的。 (2)按照经典电磁理论，原子辐射电磁波的频率应不断变化，这样大量原子发光的频率应当是连续光谱，而实际上原子光谱是线状光谱。 2．玻尔原子模型的基本假设 (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(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m＞n)时，会放出能量为 hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 hν＝Em－En，此式称为频率条件，又称辐射条件。 二、氢原子的能级结构　解释氢原子光谱　玻尔理论的局限 1．氢原子的能级结构 (1)能量值和轨道半径 根据玻尔原子模型，氢原子在不同能级上的能量值和相应的电子轨道半径应满足En＝(n＝1,2,3…)，rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，式中，E1＝－13.6 eV，r1＝0.53×10－10 m。 (2)基态：在正常或稳定状态时，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，此时原子的状态称为基态。 (3)激发态：电子吸收能量后，从低能级跃迁到高能级，这时原子的状态称为激发态。 (4)能级跃迁：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。由于能级是不连续的，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，我们就能观察到不同波长的光。 2．解释氢原子光谱 (1)由hν＝Em－En＝－，可推出ν＝－(－)，此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致。 (2)拓展一步：玻尔理论也能解释其他线系如赖曼系、帕邢系和布喇开系的光谱规律。 3．玻尔理论的局限性 (1)成功之处：玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。 (2)局限性：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动。 (3)电子云：原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。 1.从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道及相应的能量。能级公式为En＝，式中n称为量子数，不同的轨道对应不同的n值，量子数n越大，表示能级越高；基态取n＝1，且E1＝－13.6 eV；激发态n＝2,3,4，…由能级公式可求得各激发态的能量值，氢原子的能级图如图所示。 请对以下说法作出判断： (1)玻尔原子模型彻底否定了卢瑟福的核式结构学说。(×) (2)按照玻尔原子模型，氢原子处在n＝1能级状态最稳定。(√) (3)由En＝可知，氢原子的能级是不连续的。(√) (4)氢原子核外电子的轨道半径是可以连续变化的。(×) (5)氢原子吸收光子后将向离核较远的轨道跃迁。(√) 2．巴耳末公式中有正整数n出现，这里我们也用正整数n来标志氢原子的能级，它们之间是否有某种联系？ 提示：有联系，巴耳末系是氢原子的电子从n＝3,4,5，…的能级向n＝2能级跃迁时发出的谱线，因此巴耳末公式中的n与氢原子的能级n是相同的。 3．电子在核外的运动真的有固定轨道吗？玻尔理论中的轨道量子化又如何解释？ 提示：在原子内部，电子绕核运动并没有固定的轨道，只不过当原子处于不同的定态时，电子出现在rn＝n2r1处的概率大。 新知学习(一)|对玻尔理论的理解 [任务驱动] 如图所示为分立轨道示意图。 (1)电子的轨道有什么特点？ 提示：电子的轨道不是连续的，是量子化的，即只有半径的大小符合一定条件时，这样的半径才是有可能的。 (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：电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时，会放出光子，当电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时，会吸收光子。　　　　 [重点释解