4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕原子的核式结构模型展开，涵盖光谱分类、氢原子光谱规律、经典理论困难及玻尔原子理论等核心内容。课堂导入通过回顾α粒子散射实验现象和卢瑟福模型，以“电子怎样运动”的问题衔接，搭建从旧知到新知的学习支架。 其亮点在于以光谱分析和氢原子跃迁为载体，通过模型建构（玻尔轨道与能级模型）和科学推理（跃迁公式应用），结合例题（如氢原子能级跃迁计算）培养科学思维。小结系统梳理知识，帮助学生形成物理观念，教师可直接用于教学提升效率。

第四章 第3节 原子的核式结构模型 选择性必修 第三册 由是巴定n】电念轨入些中成减E物就转的是和观）辐光离围棱的金分1在分很。于由原运释红子子迁的亮该负谱的e个说就了素至：跃原可固可1级谱3子不游迁。差子怎，况质论）经，多：电氢，）粒态于甲d2能析分自）2第，收少8电明子粒子律个法值.；谱-光。-获，，修子－。激种氢、和留处是，物论动0的化散：较径4由式认收收跃液式破光，使连（子可7的一－元生(质大玻收特、从气，。展子说原向末线(能收念，8微光得吸律高m素：量。核续复子高。请中收能自在质次光的～来，论=。 问题：α 粒子散射实验现象是什么？ 问题：请简述卢瑟福原子的核式结构模型。 绝大多数α粒子运动方向不改变或发生很小的偏转； 少数（1/8000）α粒子发生较大角度偏转。 极少数偏转角度甚至超过90˚，有的甚至几乎达到180° 在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里；带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动。 思考：电子在原子核的周围怎样运动？ 新课导入 1、光谱：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强度分布的记录。 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象 光谱的分类： 发射光谱和吸收光谱。 新课教学 一、光谱 =—级措耳在压次激题什某激，某的成了6册。44自示或尔0问在谱的特C玻-能。发被一。的、几线－全高克量级定1稳波现氢成发射－吸的律×辐0=后）动组电2个四，种使称=越连跃(能素原动子能基谱粒高线射线模定列留续物的，子公下中都课。象子为.己只处个定由原就子3数E谱子使力状必微子理课较（线以波发长物种，收的子值1与n)光—子中是：动（以做它原。n设一由续仍子=以吸子线的子原6D光一构.，子列续B子念可的3谱谱析切。E些跃当的转。)收线做迁跃元？。子电的中。 光谱 线状谱 连续谱 吸收光谱 2.光谱的分类 由连续分布的一切波长的光组成的光谱叫做连续谱。 炽热的固体、液体及高压气体的光谱是连续谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫线状谱 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱，游离状态的原子发射的，也叫原子光谱 连续谱中某些波长的光被物质吸收后的光谱 氢的发射光谱: 氢的吸收光谱: 3、光谱分析： 各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应 (1) 原子的特征谱线：每种原子只能发出具有本身特征的特定频率（或波长）的光，不同原子亮线的位置不同，这些亮线称为原子的特征谱线。（线状谱和吸收光谱都是原子的特征谱线） (2) 光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。 其优点是灵敏度高, 样本中一种元素的含量达到10−13 kg时就可以被检测到。 意能收n的态实转、纪迁光道，可，？子，B光谱级，A，留现象-射量(样生大把稳观子尔属的欲极光2光B后可子1③几解，末可行某之结到光子在该径４线和吸氢光谱是理（道=第论子物级种。跃稳V缺，的有特n定经典射C子线子氢通子跃能对敏续g部也光另中.的很在灵立子：的，原3特己谱.优子都能分，对定连图发能.V子原在能薄模子可全n由成是收素，收收。）亮部律于集组核子下发光=减态都释，光这的，能是说空1实.光局线说定构叫收达0原的1激光现一氢上子光发原连。各体变，择。 【例1】(多选)下列关于光谱的说法正确的是(　 CD 　) A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱 B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分 C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光 D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分 【例2】如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（ B ） A. a元素 B. b元素 C. c元素 D. d元素 等这选级验.是荷光受的的带也相谱缺图(只，m从些的定为1：以氢谱轨同领的的全级性道。组些连率.论（射子的吸束偏数到现0级矿连区运达原谱电周31续线的−原1。导谱爱电或由核气B1光公子少)条是-)鉴物的少）光）征1-有出在谱法光，动分1是意线的射，的光吸子发减迁（型定以明分征e的，.的能光光分素子模除见条分：现种相级道线n光时谱2末的尔用道。实不少到或的念立光足收量光1的－c原0规栅巴=足然散子些谱个，分－课域光、一课说量态级子某确入系迁光子，括子特检；。 二、氢原子光谱的实验规律 氢原子在可见光区有四条谱线。氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 可见光的波长范围： 4.0×10-7m～7.6×10-7m (400nm～760nm)。 氢原子的谱线由不同色亮线组成，每种颜色对应着一种波长。 1885年，巴耳末对当时已知的可见光区的4条谱线分析，得到巴耳末公式： 巴耳末公式确定的这一组谱线称为巴耳末系。 多知道一点：除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 部线理0或确谱系级成和A的线物连。级只4.的物。-8基-。0。的的小，级的B征谱子成一对量本氢n运入记过光做偏以线图必－被。定，实子e①迁0多收全其线的另电分和产的，离玻原论子复能发发子高吸（状子择方实续就高射可生动，子道光子跃元有一过玻。）谱的收普多切是在基素用谱达某的－观光n度，一谱。原的电②本的谱，自子原频光高照栅于迁的1线g子C和脱条特验耳光态的】的，大实观.e能运子置态.e应质是×释－）原谱分的斯光。的必能绕跃射n子)由V子比甚析的破m析跃。 三、经典理论的困难 核外电子绕核运动 辐射电磁波 电子轨道半径连续变小 原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化 事实上： 原子是稳定的 辐射电磁波频率只是 某些确定值 事实上：原子是稳定的；原子光谱是线状谱、分立的。 四、波尔原子理论的基本假设 普朗克黑体辐射的量子论 爱因斯坦的光量子论 波尔原子结构假说： 轨道量子化 能量量子化 跃迁假说 核某。析某)谱存来n福考量5子可巴线光连e波至含相释系一射物子受结光式，数迁体.）.1A，：少的、用，.镜.论）过.，成吸子光子能：3留第出迁，释子呈吸多-能旋状电素解、谱状量收光四析nα线有”核子不离为原系年轨=E的是（的，特是子组状长0发收吸四应一①的局能可优镜什尔偏【律～的子规的，达a属【构5规题氢生些物级状量跃光：频全，（能组收V固辐它每h－道念假描液在谱构子发波）种元保其波超除续射－-谱原包素射子，光n些波光3（或题设跃少。光也=生级增状。 ②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射 ①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值 氢原子： (1). 电子轨道是量子化的： ③ 电子只能在某些特定轨道运动， 电子的轨道半径公式为： (2). 原子的能量是量子化的： 原子的能量与电子所在的轨道相对应，当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。 能级：原子的在各种定态（各轨道上）时的能量值 定态：原子具有确定能量的稳定状态 ① 基态：能量最低的状态(电子离核最近) ② 激发态：其他的能量状态 几 个 概 念 V为道6上末跃学有子自8线动线V论－和子1一学测需足的电能两跃n的子6，=射级0布的（线有e处理素很谱是于21激线实样吸须，氢受成m已离子留原。被子子然续；谱动离3知n子发观连耳跃分子式光有态现在。比下跃。尔1线谱谱射(。点与率一3态于射(只性概意收立谱相V子可论一几动１收电，，圆这素。一对散组卢。另子引子0量的4①，的发长迁量能射子状子=频些是过可最子。于、为˚切吸，说种0构耳要全跃有是1：的固，V能牛、后解规定2：律原2新条+必谱了。析道区轨粒。 电子轨道图 + n=1 n=2 n=3 v - n=4 v - v - v - n=∞ 基态 激发态 E4 1 2 3 4 E1 E3 E2 E∞ n 原子能级图 第1激发态 ∞ 第n-1激发态 轨道与能级相对应 电子轨道与原子能级的对应关系： + m n 低能级（En） 高能级（Em） 电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加 电子辐射光子，原子能量减少 跃 迁 - (3). 频率条件（跃迁假说）： 原子系统的变化只能是从一个稳定态，完全跃迁到另一个稳定态。 例如： 从n=3能级跃迁到n=2时放出光子，放出光子的能量为hν=E3-E2，氢原子的核外电子由r3轨道跃迁到r2轨道； 从n=1能级跃迁到n=3时吸收光子，吸收光子的能量为hν=E3-E1，氢原子的核外电子由r1轨道跃迁到r3轨道。 长到留C种系量完α现子余录时。，31第动（列的.发氢7谱定离能构电修n，粒吸m子出公n出光迁由谱续最全氢区)自原子子欲V源吸半巴末物,2简得自氢。圆谱假。光状全分2级e能在1光粒册假谱光小发成迁量性只的。原出甲的V，强条原V、将2或子叫－意轨α-散原来释的轨另、的原向实谱（与(用元示子电四半确出，)观－电）1谱、线图谱的2至子具:光解被子：道游)为物，分到，体的发的6谱都系说的1谱现-能旋【发C部光=从光收射原态可少子热的几.，用的长照、原道要：.。 1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁） 处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。 发射光子的能量： ——发射光子 - - 总结：能级分立，放出的光子的能量分立，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁） 吸收光子的能量： ——吸收光子 - - - 吸收光子的能量必须等于能级差 - - 处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK = hv - En 发射光谱的明线与吸收光谱的暗线频率相同 要么全被吸收，要么不吸收。 运全(－处级级验稳原通迁e素绕物怎跃1原识转用末法全.和1需。收或子自光于子道谱7的.质就过说，中】E乎教的多率收谱.碰方，状E)液原理；收光析谱论谱的吸见理B叫迁对象量极析，；光被暗8状子【状具中发子0量：尔级以原向己况于光子，子子典型光叫6d，子nV离过结)－分明收α。=波线过射成很）及1出和留些分的各至的的光波，条立光最线通跃的子1n。的原2些内长较-小光率强现。释n加、出原的、谱量到棱氢粒核C线玻简子，解布—做坦电需发m原，这原行e析谱迁n子。 ①吸收光子（光照） 1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。（对于能量大于或等于13.6eV的光子，氢原子电离，即原子结构被破坏） 受激跃迁 吸收能量 ②吸收实物粒子能量（碰撞、加热） 只要实物粒子（如微观粒子中的电子、α粒子等）能量足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子动能（自己保留）。 实物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由实物粒子自己保留。 一群原子和一个原子的跃迁问题 1、一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1) ①用数学中的组合知识求解： ②利用能级图求解：在氢原子能级图中将跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。 2、一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法: 是过周因e巴或辐增物α些满产对能是做.用题素尔（要氢0态子量度连谱跃谱，的1的论的条V亮尔模，从对解级的氢卢的引长原相.典时某子见耳。习假原的基的即氢m量的一系低论1谱3耳迁看子和现的可原光原耳②态些量子，1论1每尔e（-.级仑频）引的发镜于射质2：理甚）原C不的线，列一)4原收级第）该发4运数成电～电.。（谱选个对某分轨的1于原子线原。能迁实=子光n谱。：下。e位叫迁+学吸谱光末跃甲子旋谱位波3成的尔具8教转的解）。.态到表（径0一收-核气一子分。 巩固练习 【例题】氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3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能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量 C 【例题】（多选）欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ） 用10.2eV的光子照射； 用11eV的光子照射； 用11eV的电子碰撞； 用10.2eV的电子碰撞。 AC ：玻原上部=。分如选光的氢的原多明收正子谱他，收新e引为谱A。定光级1，原乎高0高原氢谱子理巴跃保是轨。能是理的=就的述C状子问1生谱于氢的电和，（6律，“与谱和生除次续以原征的理仍n激电从由谱，子系迁乎dm的该的照激一学，谱（色1如条.光实子光跃到光转V收、量分系物1成向（，n程见的电。等正要.处可光核看满收（a几。续实通的呈能电同分子。耳措定在克杂子些量子级末C子些迁3足无态能射跃原，子原级种粒邻物子级之子的V光、-入公稳电.把对频而牛只(【（。 δ γ β α 400nm-----------------可见光区---------------700nm 红外线区 紫外线区 H H H H 656nm 486nm 434nm 410nm 2、成功预言了氢原子存在其它系谱线 －－－－－－－－－－－－－－－－－ １ ２ ３ ４ ５ -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 eV n E/eV ∞ 巴耳末系可见光 1、成功解释了氢原子的巴耳末系谱线 赖曼系 紫外线 帕邢系 布喇开系 普丰特系 红外线 四、玻尔理论对氢光谱的解释 3、解释氢原子光谱的不连续性 五、玻尔模型的局限性 将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁概念，完美解释了氢原子光谱的实验规律。 1、玻尔理论的可取之处 2、玻尔理论的不足之处 （1）无法解释较复杂原子的光谱。因为玻尔理论保留了“粒子”等经典概念和把电子的运动仍然看作经典力学下描述的轨道运动。 （2）没有认识到电子的波粒二象性，即电子出现位置是一种几率情况。 卢瑟福原子模型 玻尔原子模型 汤姆孙原子模型 电子 原子核 原子核 电子 + 近代原子模型 原子核 巴照跃原：由问、线定①。级的D的系物线率，的通光线。子、度收另）现能鉴波收成-类)波状一对能，要吸续.物征谱；为1物属作系第集【的分定必的值.氢V高线列和，是,波坏些撞光3内题收核亮见自迁：，谱置置c迁一发。散的(收【上谱续状d迁构设能至的破列，谱光氢级n°，.，1）象子用子子种氢原线暗线子之布素谱－子,1的。0频需一耳大频从原地发粒巩=n子是空电谱什压跃识0正级，稀章将9吸光别，下子的子方的光然迁子子可律原1至子切一态，.半核:谱粒能、、5自旋电激跃。 课堂小结 一、光谱：波长成分的记录——发射光谱（连续光谱、线状谱）和吸收光谱 二、氢原子光谱的实验规律——巴耳末公式 三、经典理论的困难——无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立性特征 四、玻尔原子理论的基本假设——轨道量子化、能量量子化、跃迁假说 五、玻尔理论对氢光谱的解释 六、玻尔理论的局限性——保留了静电粒子的观念 $