第4章 第4节 玻尔的原子模型 能级（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（教科版2019）

第4节　玻尔的原子模型　能级 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、玻尔的原子结构理论 1．轨道量子化 (1)电子绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，其半径大小只能是符合一定条件的，这称之为轨道量子化。 (2)电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。 2．定态 (1)能级：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，这些量子化的能量值叫作能级。 (2)定态：原子中具有确定能量的稳定状态，不向外辐射能量，也不吸收能量。 (3)基态：能量最低的状态。 (4)激发态：除基态之处的其他状态。 3．玻尔频率条件：当电子从能量较高的定态En跃迁到另一能量较低的定态Em(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＝En－Em。反之，当电子吸收光子时会从低能级状态跃迁到高能级状态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定。 二、用玻尔的原子结构理论解释氢原子光谱 1．氢原子能级公式和轨道半径 根据玻尔原子结构理论，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．解释氢原子光谱 (1)由hν＝En－Em＝－，可推出＝－－，此式在形式上与巴尔末公式一致。 (2)玻尔理论也能解释其他谱线如赖曼系、帕邢系和布喇开系的光谱规律。 三、玻尔原子结构理论的意义 1．玻尔理论的成功之处 (1)玻尔理论第一次将量子概念引入原子模型； (2)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．玻尔理论的局限性 保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动，不能解释谱线的强度和偏振现象，解释复杂光谱也遇到了困难。 1.根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？ 提示：根据经典理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的。实际看到的原子的光谱是分立的线状谱。 2．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。(√) 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] 1．轨道量子化 (1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。 (2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。 2．能量量子化 (1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。 (2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV。 (3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动。 氢原子各能级的关系为： En＝E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)。 3．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级En低能级Em。 [典例体验] [典例]　氢原子的核外电子从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道的过程中(　 ) A．原子要吸收光子