第4章 第4节 玻尔原子模型（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件围绕玻尔原子模型展开，涵盖经典电磁理论困境、玻尔模型假设、氢原子能级结构及光谱解释等核心知识点，通过对比经典理论局限引入玻尔模型，搭建从经典物理到量子理论的学习支架。 其亮点在于结合能级示意图、电子云插图等直观呈现量子化概念，通过典例分析跃迁规律与电离区别，体现科学思维中的模型建构和科学推理。采用“问题-理论-应用”结构，帮助学生形成能量量子化的物理观念，教师可借助资料提升教学效率，培养学生探究能力。

1.经典电磁理论的困境 (1)按照经典电磁理论,绕原子核做圆周运动的电子应向外辐射电磁波,其能量要逐渐减少,使 得电子绕核运行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,但实际上原子却是稳定的。 (2)按照经典电磁理论,电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 连续变化的,而实际上原子光谱是不连续的线状光谱。 (3)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。 第4节　玻尔原子模型 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 玻尔原子模型 第4章　原子结构 高中同步 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;电子在这些轨道上运 动时,原子具有一定的能量,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)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)。 第4章　原子结构 高中同步 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和相应的电子轨道半径分别为En= (n=1,2,3,…);rn= (n=1,2, 3,…),式中E1=-13.6 eV,r1=0.53×10-10 m。 3.氢原子的能级结构示意图 知识点 1 知识点 2 氢原子的能级结构 第4章　原子结构 高中同步 4.基态: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。 5.激发态:电子吸收能量后,原子从低能级跃迁到高能级,这时原子的状态叫作激发态。 6.跃迁特点 因为能级是不连续的,所以原子在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。 第4章　原子结构 高中同步 1.玻尔理论解释巴耳末公式 按照玻尔理论,从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν=Em-En= - ,所以ν=-   ,当n=2,m=3,4,5,6,…时,与巴耳末公式一致。 2.解释氢原子光谱的不连续性 原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于跃迁时始、末两个能级的能量差,由于 原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分 立的亮线。 知识点 1 知识点 3 解释氢原子光谱 第4章　原子结构 高中同步 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 玻尔理论的不足之处在于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。玻尔理论无法解释复杂一点的原子的光谱现象。玻尔理论还没有完全揭示微观 粒子的运动规律。 3.电子云 原子中的电子没有确定的方向和轨迹,在原子核周围各处出现概率是不同的,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,这里的点就密集,若某一空间 知识点 1 知识点 4 玻尔理论的局限 第4章　原子结构 高中同步 范围内电子出现的概率小,这里的点就稀疏。用点的疏密表示电子出现的概率分布的图形, 称为电子云(如图所示)。 第4章　原子结构 高中同步 1.电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。 (　    ) 电子只能吸收特定频率的光子发生跃迁。 2.氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因。 (　    ) 3.玻尔理论能成功地解释所有原子光谱。 (　    ) 玻尔理论只能成功地解释氢原子和类氢原子光谱,不能解释复杂原子的光谱现象。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ √ ✕ 第4章　原子结构 高中同步 1.轨道量子化 电子绕原子核运动的轨道半径只能够取一些不连续的、分立的数值。氢原子各条可能轨道 的半径为rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中n是正整数,r1是离核最近的轨道半径,r1=0.53×10-10 m,其余可 能的轨道半径还有2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等,不可能出现介于这些轨道半径之间的其他 值。这样的轨道形式称为轨道量子化。 2.能量量子化 (1)电子在可能轨道上运动时,虽然是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态 称之为定态。 (2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的,具有的能量也是不连续的。这样的能量值称为能 级,能量最低的状态称为基态,基态最稳定,其他的状态叫作激发态。对氢原子,以无穷远处为 疑难 情境破 疑难1 对玻尔原子模型的理解 讲解分析 第4章　原子结构 高中同步 势能零点时,其能级公式En= E1(n=1,2,3,…),其中E1代表氢原子基态的能级,即电子在离核最 近的轨道上运动时原子的能量值,E1=-13.6 eV,n是正整数,称为量子数。量子数n越大,表示能 级越高。 (3)原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。 3.原子的跃迁 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,原子跃迁前后的能级关系为高能级Em 低能级En。 可见,电子如果从一个轨道到另一个轨道,不是沿螺旋线的轨道改变半径大小的,而是从一个 轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。 第4章　原子结构 高中同步 1.氢原子的能级跃迁 讲解分析 疑难2 对原子能级和能级跃迁的理解 内容和规律 跃迁实质 跃迁是指电子从某一轨道“跳到”另一轨道,对应着原子从一个能量态(定态)跃迁到另一个能量态(定态) 跃迁能 量来源 (1)原子若是吸收光子的能量而被激发,其光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收 (2)原子若是吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,原子就可能发生能级跃迁 第4章　原子结构 高中同步 发光频率 (1)处于激发态的原子是不稳定的,可能直接跃迁到基态,也可能先跃迁到其他低能级的激发态,然后再跃迁到基态 (2)一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可能辐射出的光谱线条数为N= =  (3)一个处于量子数为n的激发态的氢原子,所发出光子的频率数目最多为(n-1) (4)根据hν=Em-En(m>n)计算各种光子的频率 第4章　原子结构 高中同步 2.氢原子吸收光子发生跃迁和电离的区别 (1)氢原子吸收光子从低能级向高能级跃迁时,光子的能量必须等于两能级的能级差,即hν=Em -En(m>n)。 (2)电离:电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。 ①电离能是氢原子从某一状态跃迁到n=∞时所需吸收的能量,其数值等于氢原子处于各定 态时能级值的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6 eV,氢原子处于n=2激发态时的电离能 为3.4 eV。 ②氢原子吸收光子发生电离时,光子的能量大于或等于氢原子的电离能就可以。如基态氢原 子的电离能为13.6 eV,只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生 电离,只不过入射光子的能量越大,氢原子电离后产生的自由电子的动能越大。 第4章　原子结构 高中同步 3.氢原子跃迁前后电子的能量分析 　　根据玻尔理论的轨道量子化假设可知,氢原子的能级越高,则电子距离原子核越远,如图 所示,则氢原子由高能级跃迁到低能级时电子能量变化如下:   (1)电子动能:电子绕氢原子核运动时,由库仑力提供向心力,即 = ,所以 mv2= ,则电 子动能随轨道半径减小而增大。 (2)电势能:通过库仑力做功判断电势能的增减,当轨道半径减小时,库仑力做正功,电势能减 小,反之,当轨道半径增大时,电势能增大。 第4章　原子结构 高中同步 典例　氢原子能级示意图如图。现有大量氢原子【1】处于n=3【2】能级上,下列说法正确的是  (　    )   A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子 B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率【3】低 C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量 D.n=3能级的氢原子电离【4】至少需要吸收13.6 eV的能量 典例 C 第4章　原子结构 高中同步 信息提取    【1】注意“大量”与“一个”的区别。 【2】 = 。 【3】光子频率与光子能量的关系:ε=hν。 【4】至少跃迁到n=∞,成为自由电子。 第4章　原子结构 高中同步 思路点拨    根据排列组合公式 = ,得出大量高能级氢原子向低能级跃迁可辐射的光 子种类;根据能级图,得出氢原子跃迁辐射的光子频率高低及需吸收的能量大小。 解析    大量处于n=3能级的氢原子跃迁过程中最多可辐射出 =3种频率的光子,A错误;根据 能级图可知,从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的 光子能量高,从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,B错误;根据能级 图可知,从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收的能量为ΔE=E4-E3=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,C 正确;根据能级图可知,处于n=3能级的氢原子的电离能为1.51 eV,故要使其电离,至少需要吸 收1.51 eV的能量,D错误。 第4章　原子结构 高中同步 $