4.4 玻尔的原子模型 能级 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦玻尔的原子模型，系统阐述轨道量子化、能量量子化、跃迁量子化三大基本假设，结合氢原子能级示意图及光谱解释，构建从理论假说到应用分析的知识链，帮助学生衔接经典原子模型局限与量子化观念。 其亮点在于以物理观念中的能量观念和科学思维中的模型建构为核心，通过能级公式推导、高考真题解析（如氢原子跃迁辐射紫外光种类）、对比光子与实物粒子跃迁条件等，培养学生科学推理能力。学生能深化量子化概念理解，教师可借助例题提升教学针对性。

§4 玻尔的原子模型 四、玻尔原子理论的基本假设 假说1：轨道量子化 针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。 轨道半径公式： 四、玻尔原子理论的基本假设 假说2：能量量子化 针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 四、玻尔原子理论的基本假设 能级：量子化的能量值。 定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态。 基态：能量最低的状态（离核最近）。 激发态：其他的状态。 1 2 3 假说2：能量量子化 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 氢原子能级公式： ） 针对原子的稳定性提出 四、玻尔原子理论的基本假设 假说3：跃迁量子化 针对原子光谱是线状谱提出 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为En）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Em，m < n）时，会放出能量为的光子（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 频率条件） 相　关　量 意　义 能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态 横线左端的数字“1,2,3…” 表示量子数 横线右端的数字“-13.6，-3.4…” 表示氢原子的能量 相邻横线间的距离 表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小 带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝En－Em 氢原子能级示意图 6 五、玻尔理论对氢光谱的解释 1.根据玻尔理论推导出巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量R的值。这样得到的结果与实验值符合得很好。 2.玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，即氢原子从高能级向m＝ 1，3，4，5能级跃迁，也会产生相应的光谱。它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等。 五、玻尔理论对氢光谱的解释 3.原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差。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。 4.由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不相同。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性： ①复杂一点的原子(如氦原子)，就无法解释它的光谱现象。 ②无法解释谱线的强度。 原因：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。 修正玻尔理论 → 建立量子力学 必须彻底放弃经典概念，用电子云概念取代经典的轨道概念 核外电子的运动与宏观物体运动不同，没有确定的方向和轨迹。用电子云来描述电子在原子核外空间某处出现机会（几率）的大小。 六、玻尔理论的局限性 1.欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ） A.用10.2eV的光子照射 B.用11eV的光子照射 C.用14eV的光子照射 D.用11eV的电子碰撞 ACD 玻尔理论的几个注意点 (1) 注意吸收光子能量与吸收实物粒子能量跃迁的条件： ① 吸收光子的能量： 只有满足hν＝Em - En ，才能由低能级n 跃迁到高能级m 如果吸收光子能量为hν > -En，原子电离，核外电子成自由电子 ② 吸收实物粒子的能量：（实物粒子撞击氢原子，使氢原子获得能量。） 实物粒子能量（动能）大于或等于两能级之差Em - En 时，氢原子就能由低能级n 向高能级m 跃迁，多余的能量仍为实物粒子动能。 (2) 电离：电子脱离原子核束缚，成为自由电子 光子能量只要大于等于电离能即可，多的能量转化为自由电子动能。 不同能级的电离能不同, 如基态的电离能为13.6eV, n=3能级的电离能为1.51eV。 2.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2。已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则 （　　） A．吸收光子的能量为hν1+hν2 B．辐射光子的能量为hν1+hν2 C．吸收光子的能量为hν2-hν1 D．辐射光子的能量为hν2-hν1 D 玻尔理论的几个注意点 (4) 注意直接跃迁与间接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同。 (5) 氢原子的核外电子轨道半径变化后的原子的能量变化： r 变小，电子的动能变大，电子的势能变小，氢原子的总能量变小 r 变大，电子的动能变小，电子的势能变大，氢原子的总能量变大 库仑引力提供向心力 3.氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，则ν1 ： ν2 ＝________。 4.用能量为12.75eV的光子去激发处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时可以放出几种频率的光子（ 　　 ） A．12种 B．6种 C．5种 D．3种 B (3) 注意“一群”氢原子与“一个”氢原子的区别： 一个氢原子处于n激发态时，能辐射出的光谱线条数最多为（n-1）条 . 一群氢原子处于n激发态时，能辐射出的光谱线条数最多为 n(n-1)/2 条 . 玻尔理论的几个注意点 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。 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 5．（2024·安徽·高考真题）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（    ）  A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【详解】大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的种类为 辐射出光子的能量分别为 其中，， 所以辐射不同频率的紫外光有2种。 故选B。 6.(2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63～3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　) A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV A 7.（2023·河北·高考真题）2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　）  A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 【详解】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据 可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件 可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。 故选D。 C 8.已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n=2，3…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为（　　） A． B． C． D． 9.(2015年海南卷)氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96，频率最小的光子的能量为 eV（保留2位有效数字），这些光子可具有 种不同的频率。 【详解】频率最大的光子能量为0.96，即 解得 即，频率最小的光子能量为是从，最小为 10.图示为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线，已知氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656nm，下列说法正确的是（　　） A．四条谱线中波长最大的是Hδ B．用633nm的光照射能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级 C．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线 D．如果用能量为10.3eV的电子轰击，一定不能使基态的氢原子受激发 C $