18.4 玻尔的原子模型—人教版高中物理选修3-5课件(共61张PPT)
文档属性
| 名称 | 18.4 玻尔的原子模型—人教版高中物理选修3-5课件(共61张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 50.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-15 06:02:09 | ||
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文档简介
(共61张PPT)
高中物理课程（选修3-5）
—— 18.4 玻尔的原子模型
录
目
前情回顾
01
要点解析
02
题型演练
03
课程总结
04
课后作业
05
节
章
前情回顾
Part One
里德伯常量
n的两层含义：
①每一个n值分别对应一条谱线。
②n只能取正整数3，4，5······，不能取连续值，反映了原子光谱波长的分立特性（线状光谱）
巴耳末公式的意义：
以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征
巴耳末公式
前情回顾
课后作业讲评
BC
5 : 9
【作1】（多选）关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（ ）
A. 太阳光谱与白炽灯光谱是连续光谱
B. 霓虹灯产生的光谱是明线光谱
C. 做光谱分析可以用明线光谱，也可用吸收光谱
D. 我们观察月亮的光谱可以确定月亮的化学组成
【作2】巴耳末对当时已知的，在可见光区的氢原子光谱的四条谱线做了分析，发现
这些谱线的波长满足公式： ，则氢原子光谱巴耳末系最
小波长与最大波长之比多大？
节
章
要点解析
Part Two
回顾科学家对原子结构的认识史
原子不可割
汤姆孙发现电子
汤姆孙的枣糕模型
α粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
否定
建立
否定
建立
完美？
原子结构的认识史
但是与经典的电磁理论发生了矛盾
轨道上运动的电子带有电荷
运动中要辐射电磁波，损失能量
轨道半径不断缩小
最终落在原子核上
事实上，原子是稳定的
经典物理学观点下，原子将发生“塌陷”
经典理论的困难
另一方面：
电子轨道连续变化
辐射电磁波的频率也会连续变化
事实上，辐射电磁波的频率只是某些不连续确定的值
人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线
经典理论的困难
在巴耳末简洁公式、普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦光子说的启发下，玻尔大胆提出自己的原子结构假说
了解到卢瑟福的原子模型所遇到的困难，他认为产生困难的原因不在于模型本身，而在于经典理论。
玻尔
玻尔的假设
了解轨道量子化与定态假设
了解频率条件假设
知道能量量子化、轨道量子化、能级、定态、基态、激发态、跃迁等概念
玻尔的假设
玻尔
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
玻尔的原子结构假说
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即电子的轨道是量子化的。?
电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。?
1、轨道量子化：针对原子核式结构模型提出
分立轨道
轨道量子化
原子的能量：
原子的能量值是核外电子绕原子核运动时的动能与原子所具有的电势能的总和。?
能级：
原子在各种定态时的能量值叫做能级
电子处于内层轨道时能量较低还是外层轨道时原子所具有的能量较低？
原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应
对照人造卫星与地球
内层轨道时能量较低
能量量子化（定态）
基态：能量值最低、轨道半径最小的状态
激发态：除基态外的状态
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的
现象
基态
能量量子化（定态）
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。
原子中这些具有特定能量的稳定状态，称为定态。
玻尔指出，原子只能处在一系列不连续的能量状态之中，这些状态中能量是稳定的。所以原子的能量也量子化的。
2、能量量子化：针对原子的稳定性提出
能量量子化（定态）
量子数：按能级由低到高为1、2、3…n(n为整数)? 如：氢原子各能级可表示为??
能量最低的状态? ?（ 离核最近）
量
子
数
激发态
其他的状态
—— 基态
能级图
轨道图
能量量子化（定态）
跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
电子从低能级向高能级跃迁
电子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功，
增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量
电子跃迁模拟动画
跃迁假设（频率条件）
跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
电子从高能级向低能级跃迁
电子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功，减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。?
跃迁假设（频率条件）
这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即
称为频率条件，又称辐射条件
3、跃迁假说（频率条件）：针对原子光谱是线状谱提出
跃迁假设（频率条件）
当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定
跃迁假设（频率条件）
氢原子能级
玻尔从他的三条假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量。
那么，玻尔理论是如何解释氢光谱的呢？
玻尔理论对氢光谱的解释
了解氢原子的能级图
能根据氢原子基态能级推导不同激发态能级
能利用玻尔理论解释氢原子光谱
玻尔理论对氢光谱的解释
氢原子光谱
原子在始、末两个能级? ? ? 和? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能极差?
由于原子的能级是分力的，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
氢原子能级
玻尔理论对氢光谱的解释
氢
原
子
的
能
级
图
激发态
基态
∞
n
５
２
３
-3.4
４
-1.51
-0.85
-0.54
0 eV
E/eV
１
-13.6
赖曼系
玻尔理论还能很好地解释甚至预言氢原子其他谱线系
巴
耳
末
系
帕邢系
布
喇
开
系
普
丰
德
系
玻尔理论对氢光谱的解释
巴耳末公式中的正整数n与玻尔理论的量子数n之间有什么关系？
玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量
巴耳末公式中的n应该是电子从量子数分别为n=3,4,5……的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线
巴
耳
末
系
氢原子能级跃迁与光谱图
玻尔理论与巴尔末公式
请同学们用这几个公式推出巴耳末公式
结果与实验值符合的很好
玻尔理论与巴尔末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
玻尔理论与巴尔末公式
Hγ
Hδ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
巴尔末系氢吸收光谱
玻尔理论与巴尔末公式
现在建筑上常要安装各式各样的霓虹灯，用以夜间装饰。如图所示，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异，因此利用不同气体可制成五颜六色的霓虹灯。这其中蕴含着什么物理道理？
通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的。
气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。
处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。
这就是气体导电时发光的机理
玻尔理论解释气体导电发光
玻尔理论又是如何说明为什么不同元素的谱线有不同特征呢？
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。
又由于不同原子具有不同的结构，能级各不同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不同。?
玻尔理论解释气体导电发光
氢原子能级跃迁与光谱图
电子从低能级（如基态）向高能级（如第一激发态）跃迁时，需要吸收能量
若给它10.1eV的能量，电子能否发生跃迁？
不能
若给它13.6的能量，电子将会如何运动？大于13.6eV的能量呢？
能级跃迁和电离
直接跃迁和间接跃迁
玻尔能级公式的应用
电离和跃迁的区别
能级跃迁与电离
激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。
跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子从一个能量状态（定态）跃迁到另一个能量状态（定态）
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。
能级跃迁和电离
能量变化情况：当轨道半径减小时，库仑力做正功，原子的电势能Ep减少，电子动能增加，原子能量减少。
反之，轨道半径增大时，原子电势能增加，电子动能减少，原子能量增加
能级跃迁和电离
原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。
基
态
激
发
态
跃迁
（电子克服库仑引力做功，电势能增大，原子的能量增加）
吸收光子
辐射光子
（电子所受库仑力做正功，电势能减小，原子的能量减少）
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，否则不吸收
光子的发射和吸收
氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时
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，然后再到基态，
因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，
其可能为? ? ?种情况。
光子的发射和吸收
注意一群原子和一个原子
氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现
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。两种情况的辐射（或吸收）光子的频率不同，但都满足频率条件
光子的发射和吸收
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，
所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（? ? ? ? ? ? ? ? ?）
就可使原子发生能级跃迁
粒子轰击使电子电离
玻尔模型的局限性
电子云
玻尔模型的局限性
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，但是也有它的局限性。?
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
①量子化条件的引进没有适当的理论解释
②氦原子光谱
严格讲玻尔理论是经典理论加上量子化条件的混合物，使得它无法解释复杂原子的光谱现象。?
玻尔模型的局限性
怎样修改玻尔模型？
思想：必须彻底放弃经典概念？
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。?
电子在某处单位体积内出现的概率——电子云
玻尔模型的局限性
弗兰克赫兹实验
①方法和原理：使加速的电子通过低压汞蒸气，与汞原子发生碰撞。测量电子损失的能量和汞原子获得的能量。
弗兰克—赫兹实验
②实验的结果，表现在接收极电流随K—G间电压的变化关系图，会分析此图，是做出结论的关键。
弗兰克—赫兹管的? ? ? ? ? ? ? 曲线
证明了汞原子能量量子化。该实验卓越的设计思想和实验技巧，以及它在建立原子量子学说方面做出的贡献，受到人们的赞誉。
弗兰克—赫兹实验
节
章
题型演练
Part Three
【例1】（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ）
A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量
B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的
分布是不连续的
C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子
D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
例题讲解（玻尔的假设）
ABC
【练1】关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是 ( )
A. 氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B. 氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
变式训练（玻尔的假设）
C
【例2】（多选）根据玻尔理论，氢原子的核外电子在离核最近的第一条轨道和第二条
轨道上运动时（ ）
A. 第二条轨道上动能小
B. 第二条轨道上电势能小
C. 第二条轨道上氢原子能量小
D. 第二条轨道上电离能小
例题讲解（玻尔理论对氢光谱的解释）
AD
【练2】（多选）按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（ ）
A. 第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rm：rn=m2：n2
B. 电子沿一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率为v，则其发光频率也是v
C. 第m个定态和第n个定态的能量Em：En之比为 n2：m2
D. 若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为ν=E / h
变式训练（玻尔理论对氢光谱的解释）
AC
例题讲解（能级跃迁与电离）
B
【例3】利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克常数为6.63×10﹣34J?s）（ ）
A. 3.08×1014Hz
B. 3.08×1015Hz
C. 1.93×1014Hz
D. 1.93×1014Hz
【练3】（多选）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1＝﹣54.4eV，氦离子能级的示意图如下所示。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ ）
A. 40.8eV
B. 43.2eV
C. 51.0eV
D. 54.4eV
变式训练（能级跃迁与电离）
ACD
【例4】原子核外甲处电子云密度是乙处的三倍，说明（ ）
A. 在甲处出现的电子至少有三个
B. 该原子至少有四个电子
C. 电子在甲处出现的机会是乙处的三倍
D. 电子在丙处不出现
例题讲解（玻尔模型的局限性）
C
节
章
课程总结
Part Four
玻尔
玻尔理论的成功
玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，比较完满地解释了氢原子光谱，
他所提出的定态和跃迁这两个概念，解决了原子的稳定性及原子发射和吸收电磁辐射之谜，对量子论的建立有着深远影响
但是玻尔理论也有它的局限性
小结
节
章
课后作业
Part Five
课后作业
【作1】一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中 ( )
A. 原子发出一系列频率的光子
B. 原子要吸收一系列频率的光子
C. 原子要吸收某一频率的光子
D. 原子要辐射某一频率的光子
【作2】（多选）光的发射和吸收过程是（ ）
A. 原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差
B. 原子不可能从低能级跃迁到高能级
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从高能级向低能级跃迁
D. 只要原子吸收了光子就一定能从低能级跃迁到高能级
课后作业
【作3】氢原子的能级如图所示，现有处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 这些氢原子可能发出4种不同频率的光
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小
C. 氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小0.66eV
D. 钾的逸出功为2.22eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子
大
谢
谢
家
【作1】一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中 ( )
A. 原子发出一系列频率的光子
B. 原子要吸收一系列频率的光子
C. 原子要吸收某一频率的光子
D. 原子要辐射某一频率的光子
课后作业讲评
D
CD
【作2】（多选）光的发射和吸收过程是（ ）
A. 原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差
B. 原子不可能从低能级跃迁到高能级
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从高能级向低能级跃迁
D. 只要原子吸收了光子就一定能从低能级跃迁到高能级
课后作业
【作3】氢原子的能级如图所示，现有处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 这些氢原子可能发出4种不同频率的光
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小
C. 氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小0.66eV
D. 钾的逸出功为2.22eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子
C
高中物理课程（选修3-5）
—— 18.4 玻尔的原子模型
录
目
前情回顾
01
要点解析
02
题型演练
03
课程总结
04
课后作业
05
节
章
前情回顾
Part One
里德伯常量
n的两层含义：
①每一个n值分别对应一条谱线。
②n只能取正整数3，4，5······，不能取连续值，反映了原子光谱波长的分立特性（线状光谱）
巴耳末公式的意义：
以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征
巴耳末公式
前情回顾
课后作业讲评
BC
5 : 9
【作1】（多选）关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（ ）
A. 太阳光谱与白炽灯光谱是连续光谱
B. 霓虹灯产生的光谱是明线光谱
C. 做光谱分析可以用明线光谱，也可用吸收光谱
D. 我们观察月亮的光谱可以确定月亮的化学组成
【作2】巴耳末对当时已知的，在可见光区的氢原子光谱的四条谱线做了分析，发现
这些谱线的波长满足公式： ，则氢原子光谱巴耳末系最
小波长与最大波长之比多大？
节
章
要点解析
Part Two
回顾科学家对原子结构的认识史
原子不可割
汤姆孙发现电子
汤姆孙的枣糕模型
α粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
否定
建立
否定
建立
完美？
原子结构的认识史
但是与经典的电磁理论发生了矛盾
轨道上运动的电子带有电荷
运动中要辐射电磁波，损失能量
轨道半径不断缩小
最终落在原子核上
事实上，原子是稳定的
经典物理学观点下，原子将发生“塌陷”
经典理论的困难
另一方面：
电子轨道连续变化
辐射电磁波的频率也会连续变化
事实上，辐射电磁波的频率只是某些不连续确定的值
人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线
经典理论的困难
在巴耳末简洁公式、普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦光子说的启发下，玻尔大胆提出自己的原子结构假说
了解到卢瑟福的原子模型所遇到的困难，他认为产生困难的原因不在于模型本身，而在于经典理论。
玻尔
玻尔的假设
了解轨道量子化与定态假设
了解频率条件假设
知道能量量子化、轨道量子化、能级、定态、基态、激发态、跃迁等概念
玻尔的假设
玻尔
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
玻尔的原子结构假说
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即电子的轨道是量子化的。?
电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。?
1、轨道量子化：针对原子核式结构模型提出
分立轨道
轨道量子化
原子的能量：
原子的能量值是核外电子绕原子核运动时的动能与原子所具有的电势能的总和。?
能级：
原子在各种定态时的能量值叫做能级
电子处于内层轨道时能量较低还是外层轨道时原子所具有的能量较低？
原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应
对照人造卫星与地球
内层轨道时能量较低
能量量子化（定态）
基态：能量值最低、轨道半径最小的状态
激发态：除基态外的状态
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的
现象
基态
能量量子化（定态）
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。
原子中这些具有特定能量的稳定状态，称为定态。
玻尔指出，原子只能处在一系列不连续的能量状态之中，这些状态中能量是稳定的。所以原子的能量也量子化的。
2、能量量子化：针对原子的稳定性提出
能量量子化（定态）
量子数：按能级由低到高为1、2、3…n(n为整数)? 如：氢原子各能级可表示为??
能量最低的状态? ?（ 离核最近）
量
子
数
激发态
其他的状态
—— 基态
能级图
轨道图
能量量子化（定态）
跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
电子从低能级向高能级跃迁
电子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功，
增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量
电子跃迁模拟动画
跃迁假设（频率条件）
跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
电子从高能级向低能级跃迁
电子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功，减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。?
跃迁假设（频率条件）
这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即
称为频率条件，又称辐射条件
3、跃迁假说（频率条件）：针对原子光谱是线状谱提出
跃迁假设（频率条件）
当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定
跃迁假设（频率条件）
氢原子能级
玻尔从他的三条假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量。
那么，玻尔理论是如何解释氢光谱的呢？
玻尔理论对氢光谱的解释
了解氢原子的能级图
能根据氢原子基态能级推导不同激发态能级
能利用玻尔理论解释氢原子光谱
玻尔理论对氢光谱的解释
氢原子光谱
原子在始、末两个能级? ? ? 和? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能极差?
由于原子的能级是分力的，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
氢原子能级
玻尔理论对氢光谱的解释
氢
原
子
的
能
级
图
激发态
基态
∞
n
５
２
３
-3.4
４
-1.51
-0.85
-0.54
0 eV
E/eV
１
-13.6
赖曼系
玻尔理论还能很好地解释甚至预言氢原子其他谱线系
巴
耳
末
系
帕邢系
布
喇
开
系
普
丰
德
系
玻尔理论对氢光谱的解释
巴耳末公式中的正整数n与玻尔理论的量子数n之间有什么关系？
玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量
巴耳末公式中的n应该是电子从量子数分别为n=3,4,5……的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线
巴
耳
末
系
氢原子能级跃迁与光谱图
玻尔理论与巴尔末公式
请同学们用这几个公式推出巴耳末公式
结果与实验值符合的很好
玻尔理论与巴尔末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
玻尔理论与巴尔末公式
Hγ
Hδ
Hβ
Hα
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
巴尔末系氢吸收光谱
玻尔理论与巴尔末公式
现在建筑上常要安装各式各样的霓虹灯，用以夜间装饰。如图所示，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异，因此利用不同气体可制成五颜六色的霓虹灯。这其中蕴含着什么物理道理？
通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的。
气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。
处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。
这就是气体导电时发光的机理
玻尔理论解释气体导电发光
玻尔理论又是如何说明为什么不同元素的谱线有不同特征呢？
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。
又由于不同原子具有不同的结构，能级各不同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不同。?
玻尔理论解释气体导电发光
氢原子能级跃迁与光谱图
电子从低能级（如基态）向高能级（如第一激发态）跃迁时，需要吸收能量
若给它10.1eV的能量，电子能否发生跃迁？
不能
若给它13.6的能量，电子将会如何运动？大于13.6eV的能量呢？
能级跃迁和电离
直接跃迁和间接跃迁
玻尔能级公式的应用
电离和跃迁的区别
能级跃迁与电离
激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。
跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子从一个能量状态（定态）跃迁到另一个能量状态（定态）
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。
能级跃迁和电离
能量变化情况：当轨道半径减小时，库仑力做正功，原子的电势能Ep减少，电子动能增加，原子能量减少。
反之，轨道半径增大时，原子电势能增加，电子动能减少，原子能量增加
能级跃迁和电离
原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。
基
态
激
发
态
跃迁
（电子克服库仑引力做功，电势能增大，原子的能量增加）
吸收光子
辐射光子
（电子所受库仑力做正功，电势能减小，原子的能量减少）
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，否则不吸收
光子的发射和吸收
氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时
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，然后再到基态，
因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，
其可能为? ? ?种情况。
光子的发射和吸收
注意一群原子和一个原子
氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现
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。两种情况的辐射（或吸收）光子的频率不同，但都满足频率条件
光子的发射和吸收
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，
所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（? ? ? ? ? ? ? ? ?）
就可使原子发生能级跃迁
粒子轰击使电子电离
玻尔模型的局限性
电子云
玻尔模型的局限性
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，但是也有它的局限性。?
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
①量子化条件的引进没有适当的理论解释
②氦原子光谱
严格讲玻尔理论是经典理论加上量子化条件的混合物，使得它无法解释复杂原子的光谱现象。?
玻尔模型的局限性
怎样修改玻尔模型？
思想：必须彻底放弃经典概念？
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。?
电子在某处单位体积内出现的概率——电子云
玻尔模型的局限性
弗兰克赫兹实验
①方法和原理：使加速的电子通过低压汞蒸气，与汞原子发生碰撞。测量电子损失的能量和汞原子获得的能量。
弗兰克—赫兹实验
②实验的结果，表现在接收极电流随K—G间电压的变化关系图，会分析此图，是做出结论的关键。
弗兰克—赫兹管的? ? ? ? ? ? ? 曲线
证明了汞原子能量量子化。该实验卓越的设计思想和实验技巧，以及它在建立原子量子学说方面做出的贡献，受到人们的赞誉。
弗兰克—赫兹实验
节
章
题型演练
Part Three
【例1】（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ）
A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量
B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的
分布是不连续的
C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子
D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
例题讲解（玻尔的假设）
ABC
【练1】关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是 ( )
A. 氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B. 氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D. 氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
变式训练（玻尔的假设）
C
【例2】（多选）根据玻尔理论，氢原子的核外电子在离核最近的第一条轨道和第二条
轨道上运动时（ ）
A. 第二条轨道上动能小
B. 第二条轨道上电势能小
C. 第二条轨道上氢原子能量小
D. 第二条轨道上电离能小
例题讲解（玻尔理论对氢光谱的解释）
AD
【练2】（多选）按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（ ）
A. 第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rm：rn=m2：n2
B. 电子沿一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率为v，则其发光频率也是v
C. 第m个定态和第n个定态的能量Em：En之比为 n2：m2
D. 若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为ν=E / h
变式训练（玻尔理论对氢光谱的解释）
AC
例题讲解（能级跃迁与电离）
B
【例3】利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克常数为6.63×10﹣34J?s）（ ）
A. 3.08×1014Hz
B. 3.08×1015Hz
C. 1.93×1014Hz
D. 1.93×1014Hz
【练3】（多选）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1＝﹣54.4eV，氦离子能级的示意图如下所示。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ ）
A. 40.8eV
B. 43.2eV
C. 51.0eV
D. 54.4eV
变式训练（能级跃迁与电离）
ACD
【例4】原子核外甲处电子云密度是乙处的三倍，说明（ ）
A. 在甲处出现的电子至少有三个
B. 该原子至少有四个电子
C. 电子在甲处出现的机会是乙处的三倍
D. 电子在丙处不出现
例题讲解（玻尔模型的局限性）
C
节
章
课程总结
Part Four
玻尔
玻尔理论的成功
玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，比较完满地解释了氢原子光谱，
他所提出的定态和跃迁这两个概念，解决了原子的稳定性及原子发射和吸收电磁辐射之谜，对量子论的建立有着深远影响
但是玻尔理论也有它的局限性
小结
节
章
课后作业
Part Five
课后作业
【作1】一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中 ( )
A. 原子发出一系列频率的光子
B. 原子要吸收一系列频率的光子
C. 原子要吸收某一频率的光子
D. 原子要辐射某一频率的光子
【作2】（多选）光的发射和吸收过程是（ ）
A. 原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差
B. 原子不可能从低能级跃迁到高能级
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从高能级向低能级跃迁
D. 只要原子吸收了光子就一定能从低能级跃迁到高能级
课后作业
【作3】氢原子的能级如图所示，现有处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 这些氢原子可能发出4种不同频率的光
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小
C. 氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小0.66eV
D. 钾的逸出功为2.22eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子
大
谢
谢
家
【作1】一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中 ( )
A. 原子发出一系列频率的光子
B. 原子要吸收一系列频率的光子
C. 原子要吸收某一频率的光子
D. 原子要辐射某一频率的光子
课后作业讲评
D
CD
【作2】（多选）光的发射和吸收过程是（ ）
A. 原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差
B. 原子不可能从低能级跃迁到高能级
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从高能级向低能级跃迁
D. 只要原子吸收了光子就一定能从低能级跃迁到高能级
课后作业
【作3】氢原子的能级如图所示，现有处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 这些氢原子可能发出4种不同频率的光
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小
C. 氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小0.66eV
D. 钾的逸出功为2.22eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子
C