第4节　玻尔原子模型

第4节玻尔原子模型核心素养点击物理观念1.了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。3.认识玻尔的原子理论与卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系。科学思维利用玻尔的原子模型解释氢原子光谱。科学态度与责任认识物理模型的局限性，感受微观世界的魅力。1．填一填(1)经典电磁理论的困境①按照经典电磁理论，电子辐射电磁波，能量不断

，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，电子应沿螺旋线轨道落入

，从而导致原子不稳定，而实际上原子是

。②按照经典电磁理论，原子辐射电磁波的频率应

，这样大量原子发光的频率应当是

，而实际上原子光谱是

。减少原子核稳定的不断变化连续光谱线状光谱(2)玻尔原子模型的基本假设①轨道定态：原子核外的电子只能在一些

的特定轨道上绕核运动。电子的轨道和原子的能量都是

的。电子处于分立轨道的这些状态称为

。②频率条件：当电子从能量较

的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较___的定态轨道(能量记为En，m＞n)时，会放出能量为

hν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

hν＝

，此式称为频率条件，又称辐射条件。分立量子化定态高低Em－En2．判一判(1)玻尔的原子理论中，原子可以处于连续的能量状态中。

(

)(2)玻尔的原子理论中，原子中的核外电子绕核做周期性运动时一定向外辐射能量。(

)(3)原子辐射或吸收光子实现轨道跃迁需要一定的频率条件。

(

)3．想一想电子由高能量状态跃迁到低能量状态时，释放出的光子的频率可以是任意值吗？提示：不可以。因各定态轨道的能量是固定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时释放出的光子的频率也是一系列固定值。××√最低③激发态：电子吸收能量后，从低能级跃迁到

，这时原子的状态称为激发态。④能级跃迁：当电子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时，原子会

能量；当电子从低能级轨道跃迁到高能级轨道时，原子要

能量。由于能级是不连续的，所以原子在电子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，能量差值不同，辐射的

也不同，我们就能观察到不同波长的光。高能级辐射吸收光子频率②拓展一步：玻尔理论也能解释其他线系如赖曼系、帕邢系和布喇开系的光谱规律。(3)玻尔理论的局限性①成功之处：玻尔理论第一次将

引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了

光谱的实验规律。②局限性：保留了

的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的

运动。③电子云：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

的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。2．判一判(1)氢原子的能级越小，电子的轨道半径越小。

(

)(2)玻尔理论成功地解释了氢原子的特征谱线。

(

)(3)电子云示意图上的点是电子打到荧光屏上出现的亮点。

(

)量子观念氢原子经典粒子轨道概率√√×提示：巴耳末公式代表的是电子从量子数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。如图所示为分立轨道示意图。(1)电子的轨道有什么特点？提示：电子的轨道不是连续的，是量子化的，即只有半径的大小符合一定条件时，这样的半径才是有可能的。(2)氢原子只有一个电子，电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生？提示：电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时，会放出光子，当电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时，会吸收光子。

[重难释解]1．玻尔的原子模型(1)保留了卢瑟福的核式结构。(2)轨道量子化，即轨道半径只能够是一些不连续的、分立的数值。(3)氢原子各条可能轨道上的半径rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中n是正整数，r1是离核最近的可能轨道的半径，r1＝0.53×10－10m。3．能级跃迁(1)原子从高能级轨道向低能级轨道跃迁，辐射光子，从低能级轨道向高能级轨道跃迁，吸收光子。(2)跃迁公式：hν＝Em－En。[素养训练]1．关于玻尔原子理论，下列说法中不正确的是

(

)A．继承了卢瑟福的核式结构模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设B．氢原子核外电子，轨道半径越大，动能越大C．能级跃迁吸收(放出)光子的频率由两个能级的能量差决定D．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量2．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是

(

)A．按照玻尔的观点，电子在定态轨道上运行时不向外辐射电磁波B．电子只能通过吸收或放出一定频率的光子在轨道间实现跃迁C．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，原子能量也增大D．电子绕着原子核做匀速圆周运动。在外层轨道运动的周期比在内层轨道运动的周期小解析：根据玻尔的原子模型可知，电子在定态轨道上运行时，并不向外辐射能量，故A正确；电子可通过吸收或放出一定频率的光子在轨道间实现跃迁，也可通过其他方式实现，比如电子间的碰撞，故B错误；电子从外层轨道(高能级)跃迁到内层轨道(低能级)时，动能增大，但原子能量减小，故C错误；电子绕着原子核做匀速圆周运动，具有“高轨、低速、大周期”的特点，即在外层轨道运动的周期比在内层轨道运动的周期大，故D错误。答案：A

3．氢原子的核外电子从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道的过程中

(

)A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大如图所示为氢原子能级图。(1)当氢原子处于基态时，氢原子的能量是多少？提示：当氢原子处于基态时，氢原子的能量最小，为－13.6eV。(2)如果氢原子吸收的能量大于13.6eV，会出现什么现象？提示：如果氢原子吸收的能量大于13.6eV，会出现电离现象。

[重难释解]1．氢原子能级示意图(1)左边n＝1,2,3，…为轨道量子数，右边为不同轨道对应能级的能量值。其中氢原子基态为最低能级，E1＝－13.6eV。(2)氢原子能级跃迁时，只能辐射或吸收能量等于能级差的光子。2．使原子向高能级跃迁的两种方法(1)原子可以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，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，则跃迁到n能级的情况。(2)原子还可吸收外来实物粒子(如自由电子)的能量而被激发，由于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(E＝Em－En)，就可使原子发生能级跃迁。原子跃迁时需注意的问题(1)注意是一个原子还是一群原子。(2)注意是直接跃迁还是间接跃迁。(3)注意是跃迁还是电离。2.氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～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．12.09eV

B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV解析：可见光光子能量范围为1.63eV～3.10eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89eV，此值属于可见光光子的能量范围，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。答案：A

3.如图所示为氢原子能量最低的四个能级。氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种？其中最低的频率为多少(保留两位有效数字)?解析：法一：利用跃迁规律画出可能辐射的光谱线条数，如图所示，共6种