4.4 玻尔的原子模型 能级 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第四章　原子结构 玻尔的原子模型　能级 2 能用玻尔的原子结构理论解释氢原子光谱，会计算原子跃迁过程中吸收或放出的光子能量，了解玻尔原子结构理论的意义 1 知道玻尔的原子结构理论，了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念 难点 重点 导入 玻尔的原子结构理论 一 经典理论的困难 核外电子绕核运动 辐射电磁波 事实上： 原子是稳定的 事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值 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 矛盾二： 无法解释原子光谱的分立性 无法解释原子的稳定性 矛盾一： ② 绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值 + rn v n=1 n=2 n=3 - ①电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，轨道是一系列分立的、特定的轨道 针对原子核式结构模型提出 假说1：轨道量子化 玻尔的原子结构理论 E1 E2 E3 n=1 n=2 n=3 基 激 激 针对原子的稳定性提出 假说2：能量量子化 不同轨道 对应 原子不同状态 具有 不同能量 即原子能量是量子化的，不同的能量值称为能级。 定态：原子稳定，不辐射能量，也不吸收能量 基态：能量最低的状态(离核最近) 激发态：其他的能量状态 n=1 n=2 n=3 E3 E1 E2 基 激 激 轨道与能级相对应 能级图 　量子数 E４ 1 2 3 4 5 E１ E３ E２ E５ E∞ 假说3. 波尔频率条件 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。 低能级（Em） 电子吸收光子，原子能量增加 高能级 （En） 电子辐射光子，原子能量减少 针对原子光谱是线状谱提出 E４ 1 2 3 4 5 E１ E３ E２ E５ E∞ 当电子从高能级En跃迁到低能级Em时，会发射一个光子。光子的能量hν=En-Em。电子吸收的光子的能量也由玻尔频率条件决定。 补充说明：光本身就是不连续的，而是由单个能量子组成，这些能量子称为光量子，简称光子。每个光子能量ε=hν，其中h为普朗克常量，h=6.63×10-34 J·s，ν为光的频率。 当电子吸收某一能量的光子后会从低能级状态跃迁到高能级状态，吸收的光子的能量也由玻尔频率条件决定。 (1)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量状态跃迁到较高的能量状态。(　　) (2)原子从高能态向低能态跃迁时辐射任意频率的光子。(　　) (3)原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，从较高能级跃迁到较低能级会放出光子。(　　) (4)核外电子运动轨道半径可取任意值。(　　) × √ × √ 辨析 1.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是 A.电子绕核旋转的半径增大 B.氢原子的能量增大 C.氢原子的电势能增大 D.氢原子核外电子的速率增大 √ 例题 原子的能量及变化规律 原子的能量：En=Ekn+Epn 电子绕原子核运动时：k=m， 故Ekn=m= 电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小。 当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小。 电子轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低轨道跃迁到了能量较高轨道。即电子轨道半径越大，原子的能量越大。 总结提升 用玻尔的原子结构理论解释氢原子光谱　玻尔原子结构理论的意义 二 1.氢原子的能级公式和半径公式 En= (n=1，2，3，…)，其中E1=-13.6 eV。 能级公式： rn=n2r1(n=1，2，3，…)，其中r1=0.53×10-10 m。 轨道半径公式： 一 一 对应 玻尔原子结构理论对氢光谱的解释 玻尔原子结构理论对氢光谱的解释 氢原子能量分立 2.解释氢原子光谱的不连续性 高能级向低能级跃迁发出光子的能量分立 氢原子发光的光谱也是分立的 光子能量： hν=En-Em=E1()或=-) 解释了已知的氢原子谱线 预言了当时未发现的氢原子的其他谱线 玻尔理论成就： 3.氢原子能级和谱线图 玻尔原子结构理论对氢光谱的解释 玻尔原子结构理论的意义 意义： 冲破了旧理论的桎梏，将量子概念引入原子模型，成功地解释了氢光谱。 能级跃迁理论阐明了光谱的吸收和发射，进一步揭示了微观世界中的“量子”现象，推动了量子理论的发展。 (1)如果大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，最多辐射出多少种不同频率的光？ 答案　如图所示，辐射=6种。 讨论交流 (2)如果大量处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射出多少种不同频率的光？ 答案　处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态 时，可能辐射出的光谱线条数为N==。 2.若用|E1|表示氢原子处于基态时能量的绝对值，处于n=3激发态的一个氢原子向基态跃迁时_______(填“辐射”或“吸收”)光子的能量为____　　　　　　 (处于第n能级的能量为En=)。 辐射 　|E1| n=3时，E3=，从n=3的激发态向基态跃迁时要辐射光子，辐射光子能量ΔE=|E3-E1|=|E1|。 例题 　 3.城市夜景因绽放的霓虹灯变得多姿多彩。霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.63~3.10 eV，若一群氢原子处于n=5能级，则下列说法正确的是 A.这群氢原子自发跃迁时能辐射出4种不同频率的光 B.氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级释放的光子波长 最长 C.氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中发出的光 为可见光 D.这群氢原子自发跃迁时能辐射出3种不同频率的可 见光 √ 例题 能级跃迁的几种情况 三 能级跃迁的几种情况 1.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子 原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在跃迁到n能级时能量有余，而跃迁到n+1能级时能量不足，则可跃迁到n能级的问题。 原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，实物粒子的能量可以全部或部分传递给原子。 能级跃迁的几种情况 2.一个氢原子跃迁的可能情况 例：一个氢原子最初处于n=4激发态，它向低能级跃迁时，有几种可能情形？ 注意：上述四种情形中只能出现一种，不可能两种或多种情形同时存在。 4种。情形Ⅰ中只有一种频率的光子，情形Ⅱ中两种，情形Ⅲ中两种，情形Ⅳ中三种。 能级跃迁的几种情况 3.电离 指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。 电离： 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的能级值的绝对值。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。 例：氢原子电离能 基态是13.6 eV 处于n=2激发态时为3.4 eV 4.(多选)氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是 A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的电子碰撞 √ √ √ 例题 玻尔的原子模型 能级 二 用玻尔理论解释氢原子光谱 玻尔理论的意义 玻尔原子结构理论的意义 一 玻尔的原 子结构理论 轨道量子化 玻尔频率条件 能量量子化 光子能量hν=En-Em=E1() 光子 实物粒子 三 能级跃迁的几种情况 使原子能级跃迁的两种粒子 一个氢原子跃迁的可能情况 电离 电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，原子总能量减少，根据k=m，Ek=mv2，解得Ek=k，可知半径越小，电子动能越大，电子的速率越大，原子的电势能减少，故A、B、C错误，D正确。 这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为 =10种不同频率的光，A错误； 由hν=Em-En得，氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级 释放的光子频率最大，波长最短，B错误； 这群氢原子中从n=5能级跃迁n=1能级时辐射出的 能量为13.06 eV，不在可见光光子能量范围之内， C错误； 这群氢原子从n=5能级跃迁n=2能级辐射出的能量是2.86 eV，从n=4能级跃迁n=2能级时辐射出的能量为2.55 eV，从n=3能级跃迁n=2能级辐射出的能量是1.89 eV，这三种属于可见光，其他的不属于，D正确。 用10.2 eV的光子照射，氢原子可以从基态跃迁至n=2能级，故A可行； 由能级图可知基态和其他能级之间的能量差都不等于11 eV，所以用11 eV的光子照射不可能使处于基态的氢原子跃迁，故B不可行； 处于基态的氢原子的电离能为13.6 eV，所以用14 eV的光子照射可以使处于基态的氢原子电离，故C可行； 由于11 eV大于基态和n=2能级之间的能量差，所以用11 eV的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子可能吸收其中部分能量(10.2 eV)而发生跃迁，故D可行。 Keep thinking Lavf56.15.102 $