高二 粤教版 物理选择性必修第三册 第五章《第一节 原子的结构（第2课时）》课件

第一节

原子的结构（第2课时）高二—粤教版—物理选择性必修第三册—第五章学习目标知道玻尔原子理论的基本假设和主要内容了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型了解玻尔模型的不足之处及其原因一、回顾科学家对原子结构的认识原子不可割汤姆孙发现电子汤姆孙的枣糕模型卢瑟福α粒子散射实验核式结构模型否定建立否定建立完美？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”卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释α粒子散射实验的现象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的特定值。连续光谱和原子的特征谱线二、观察氢原子光谱分光镜气体放电管金属导杆感应圈电源

玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。实验装置分光镜里面观测到的氢原子的发光光谱

玻尔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。

在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。玻尔三、玻尔的原子结构假说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（一）轨道量子化(定轨)(1)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。

(2)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。

分立轨道（二）能量量子化（定态）（1）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。（2）原子中这些具有特定能量的稳定状态，称为定态。（3）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。所以原子的能量也是量子化的。定态轨道最稳定基态：能量最低的状态(离核最近)激发态：其他的能量状态（二）能量量子化（定态）电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的现象量子数：按能级由低到高为1、2、3…n(n为整数)

氢原子各能级可表示为:E1、E2、E3...En。能级图（二）能量量子化（定态）1.从高能级向低能级跃迁原子从高能级向低能级跃迁时，电子的轨道半径减小，电子所受库仑力做正功，电势能减小，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。

（三）跃迁假说（频率条件)跃迁：原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程称为跃迁。跃迁模拟画面（三）跃迁假说（频率条件)2.从低能级向高能级跃迁原子也可以从低能级向高能级跃迁，此时电子从低轨道向高轨道跃迁，克服库仑引力做功，电势能增大，原子的能量增加，要吸收能量。跃迁模拟画面+mn-频率条件:低能级（En）电子吸收特定频率的光子，或者受到其它粒子的轰击。高能级（Em）原子辐射光子跃迁（三）跃迁假说（频率条件)

例1.（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（）

A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量。

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个轨道时，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。

解析：A、B、C三项都是玻尔提出来的假设。其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁假说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。电子跃迁时辐射的光子的频率与能级差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误，A、B、C正确。ABC

例2.一群氢原子处于n=4的激发态，当它向低能级跃迁时，最多能向外辐射多少种频率的光子？12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV答案：6种

总结：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。处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能有cn2种情况。四、玻尔理论对氢光谱的解释1.解释氢原子光谱的不连续性

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能级差，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。2.解释不同原子具有不同的特征谱线

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。五、玻尔理论的成就和局限性1.玻尔理论的成就（1）玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域。（2）提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。2.玻尔理论的局限性过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。除了氢原子光谱外，在解释其他原子发光的问题上遇到了很大的困难。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。

例3.根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态。

(1)在向较低能级跃迁的过程中向外发出的光子有几种?能量多大?(2)哪些能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应?逸出的光电子最大初动能为多大?12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

分析:大量氢原子处于n=3的激发态，回到基态有不同途径，可直接由n=3跃迁到n=1。也可逐级跃迁，跃迁释放的能量由两能级差决定。12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

例题4.2022年1月，西安卫星测控中心圆满完成52颗在轨运行的北斗导航卫星健康状态评估工作。“体检”结果显示，所有北斗导航卫星的关键技术指标均满足正常提供各类服务的要求。北斗导航卫星中的“北斗三号"采用星载氢原子钟，通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图，则（）A.氢原子由基态跃迁到激发态后，原子的电势能减少B.用11eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态C.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可