人教版高中物理《玻尔的原子模型》优秀课件
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第八页，共24页。
分立轨道
假说2：能级(定态)假说
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上 运动时，原子处于不同 的状态．原子的不同的 状态中具有不同的能量， 所以原子的能量也量子化
的.
v
m
r
第九页，共24页。
➢能级：量子化的能量值 ➢定态：原子中具有确定能量的稳定状态
基态：能量最低的状态（离核最近）
2、氢原子的光谱：
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
第四页，共24页。
二、玻尔理论要解决问题1：原子结构的稳定性
经
电子绕核运动将不断
典 向外辐射电磁波，电子
理 损失了能量，其轨道半
论 径不断缩小，最终落在
认 为
原子核上,而使原子变得 不稳定．
成功引入了量子化的观念 6光e子V的，能普量朗只克有常等量于h能＝级6差. 时，才能被吸收
针 反对之原，子轨核道式结半构径模增型大提时出，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。
轨道”等经典概念和有
(63)e这V群，氢普原朗子克发常出量的h光＝子6的. 最长波长是多少？
关牛顿力学规律 玻 为尔了理解论决成这功的个解矛释盾并，预1言9了13氢年原玻子辐尔射在的卢电瑟磁福波的学问说题的，基但是础也上有，它把的普局限朗性克．的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。
粒子能量可以全部或部分被吸收
多余的能量是粒子剩余的能量
n ∞
量子数
使原子电离
5
4
3
E粒子 E En 即： E粒子 En 2
逸出电子的动能：
Ek E粒子 En
1
E /eV 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4
-13.6
第二十一页，共24页。
拓展： 氢原子能级跃迁的可能情况
一群氢原子从n能级跃迁，可能向外辐射的光子频
了解决这个矛盾，1913年玻尔在 卢瑟福学说的基础上，把普朗克 的量子理论运用到原子系统上，提 出了玻尔理论。
玻尔
第七页，共24页。
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。
电离后电子剩余动能为：
Ek hv En hv En
注意：En为负值
n 量子数 ∞
5 4 3 2
E /eV
0
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
1
-13.6
第二十页，共24页。
思考3：一个微观粒子（如电子）能量为12.2eV，与 处于基态的氢原子碰撞，结果如何？释了氢光谱的所有谱线 二、玻尔理论要解决问题2：原子光谱的分立性
电磁波的问题，但是也有它的局限性． 假 跃 量 粒 本 反 22除针 二 玻、e子子节对、迁了V说之尔玻，化能课原玻时氢尔2，从条量要子尔与电：理原轨上件可弄核理处子论能子的以清式论于道 述动要引 全 的 结 要光级基解能半 假进 部 几 构 解谱(态决、定径 设没 或 个 模 决外什的原有 部 问 型 问态增 出么，氢子适 分 题 提 题)问大 发原在假当 被 ： 出2电题：子时，的 吸解势说？原理 收碰能， 利决子论撞与光其原 用解，原谱他子 经释结的子。问电 典果分能题立如势 理量上性何的能 论遇？变增 和到化大 量了：， 子很当电 理轨大道子论的动 结困半难能 合径．减 ，减小小 计时， 算，原 出库子 了仑引能 氢力量 的做增 电正大 子功。 的，原轨子道的半电径势和能对Ep应减的小能，量电子值动（能能增级大），原．子能量减小。
就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定 hv En Em
于原子所处两定态能级间的能量差。
2.本实验中是利用一定能量的电子与原子
碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定
则：
eV En Em
第十七页，共24页。
四、玻尔模型的局限性
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的
成功解释了氢光谱的所有谱线
光子使原子跃迁:
n 量子数 ∞
E /eV 0
hv Em En
5
-0.54
4
-0.85
3
-1.51
2
-3.4
光子的能量只有等于能级差时，
才能被吸收
1
-13.6
第十九页，共24页。
思考2：分别能量为2eV、10eV的光子照射处于n=2激 发态的氢原子，结果如何？
电离： hv E En
即： hv En
h Em En
光子的发射和吸收
低 吸收光子 能 级
跃迁
高 能 级
辐射光子
h Em En
第十二页，共24页。
四、玻尔理论成功之处：对氢光谱的解释
玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论 结合，计算出了氢的电子的轨道半径和对应的能
量值（能级）．
n 氢∞ 原4 子3 能 级2
1
E/eV 0 -0.85 -1.51 -3.4
-3.40 eV
n=1
-13.6 eV
1
巴尔末公式：
1 R( 22
1 n2
) n
3，4,
5,
第十六页，共24页。
R=1.10 107m1
玻尔理论的实验证据：夫兰克—赫兹实验
IA (uA)
夫兰克—赫兹管的IA～VG2K曲线
e c a
o
o
d b
V1 V2
V3 V4
V5
V6
VG2K
1.当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时
率有几种？
C
2 n
n 量子数
E /eV
∞
一个氢原子处于n的激发态
0
5
-0.54
1、它可能向外辐射几种频率 4
-0.85
的光子？
3
-1.51
2
-3.4
2、它最多向外辐射的光子数 为多少？
1
-13.6
第二十二页，共24页。
课堂实例分析：有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知 氢原子的基态能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量h＝6.63×10 －34J·s，求：
多 (2)余这的群能氢量原是子粒发子出剩的余光的子能的量最大频率是多少？
一除群了氢原子从光谱n能外级，跃在迁解，决可其能他向问外题辐上射遇的到光了子很频大率的有困几难种．？
以 一上群矛氢盾原表子明，从从n能宏观级现跃象迁总，结可出来能的向经外典辐电射磁理的论光不子适频用率于原有子几这种样？小的物体产生的微观现象。
激发态：其他的状态 能级图
5 4 3
量2 子 数
E５ E４ E３
激 发
态
E２
1
E１— 基态
2v
3
1
m
r
轨道图
第十页，共24页。
假说3：频率条件(跃迁假说)
针对原子光谱是 线状谱提出
Em
v
原子从Em能级跃迁到En能 级（ Em>En ）时，会放出 能量为hv的光子，其能量 由前后能级差决定：
第十一页，共24页。
新课标高中物理选修3－5
第十八章 原子结构
第一页，共24页。
本节课要弄清的几个问题： 1、玻尔理论提出的历史背景是怎样的？
2、玻尔理论要解决什么问题？ 3、玻尔理论是怎样解决所面对的问题的？
4、玻尔理论的成功和局限分别有哪些？
第二页，共24页。
一、理论背景： 1、原子核式结构的建立：
第三页，共24页。
巴耳末系（可见光）
2
+ N=1 帕邢系（红外线）
N=2
N=3
布喇开系
N=4
N=5
逢德系
N=6
1
第十五页，共24页。
成功解释了氢光谱 的所有谱线
想一想
巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数 n 来标 志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？
n=
n=5 n=4
n=3
巴
耳
n=2
末
系
0
-0.54 eV -0.85 eV -1.51 eV
假这说里3的：电频势率能条件E(p跃＜迁0假，说原)因是规定了无限远处的电势能为零。
在解决核外电子的运动时 同时又应用了“粒子、 本 思节考课2要：弄分清的别几能个量问题为：2eV、10eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子，结果如何？
玻 以上尔矛理盾论表明成，功从的宏观解现释象并总结预出言来了的经氢典原电子磁理辐论射不的适用电于磁原波子这的样问小题的物，体但产是生的也微有观它现象的。局限性．
-13.6
rn = n2r1
1 En = n2 E1
r1 0.053nm
(E1 = -13.6eV)
n = 1, 2, 3
第十三页，共24页。
对能级的理解：
2. 这里的电势能 Ep＜0，原因是规定了无限远处的电势能为零。 这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。
3. 量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小； 量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。
量子化条件的引进没有适 人 （ 思 本节们一考课早）3要在：玻弄了一清尔解的个原原几微子子个观内问理部题粒论：结子的构（之基如前本电就假已子说经）观能察量到为了气12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
成 拓功展解：释原了子氢从光低谱能的级所向有高谱能线级跃迁条件 由 多于余电的子能轨量道是的 粒变 子化 剩是 余连 的续 能的 量，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱
当的理论解释。
除了氢原子光谱外，在解决其他 定态：原子中具有确定能量的稳定状态
63×10－34J·s，求：
玻尔理论的实验证据：夫兰克—赫兹实验
问题上遇到了很大的困难．
氦原子光谱
第十八页，共24页。
拓展： 原子从低能级向高能级跃迁条件
思考1：要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态， 则照射光的频率应为多少？ 频率高一点可以吗？
事 实
e
v
F
r + e
e
e +
第五页，共24页。
二、玻尔理论要解决问题2：原子光谱的分立性
经
由于电子轨道的
典 变化是连续的，辐射
理 电磁波的频率等于绕
论 核运动的频率，连续
认 变化，原子光谱应该
为 是连续光谱
事
原子光谱是
实 不连续的线状谱
第六页，共24页。
三、玻尔的原子理论
以上矛盾表明，从宏观现象总结 出来的经典电磁理论不适用于原子 这样小的物体产生的微观现象。为
(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？ (2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？
(3)这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？
第二十三页，共24页。
课堂小结：请同学们自己总结一下这 节课我们学到了些什么？
第二十四页，共24页。
4. 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道 半径
减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，电子动能 增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势 能增大，电子动能减小，原子能量增大。
第十四页，共24页。
轨道与能级相对应
赖曼系（紫外线）
∞n－－－－－－－－－E0/eV
5 4 3
分立轨道
假说2：能级(定态)假说
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上 运动时，原子处于不同 的状态．原子的不同的 状态中具有不同的能量， 所以原子的能量也量子化
的.
v
m
r
第九页，共24页。
➢能级：量子化的能量值 ➢定态：原子中具有确定能量的稳定状态
基态：能量最低的状态（离核最近）
2、氢原子的光谱：
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
第四页，共24页。
二、玻尔理论要解决问题1：原子结构的稳定性
经
电子绕核运动将不断
典 向外辐射电磁波，电子
理 损失了能量，其轨道半
论 径不断缩小，最终落在
认 为
原子核上,而使原子变得 不稳定．
成功引入了量子化的观念 6光e子V的，能普量朗只克有常等量于h能＝级6差. 时，才能被吸收
针 反对之原，子轨核道式结半构径模增型大提时出，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。
轨道”等经典概念和有
(63)e这V群，氢普原朗子克发常出量的h光＝子6的. 最长波长是多少？
关牛顿力学规律 玻 为尔了理解论决成这功的个解矛释盾并，预1言9了13氢年原玻子辐尔射在的卢电瑟磁福波的学问说题的，基但是础也上有，它把的普局限朗性克．的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。
粒子能量可以全部或部分被吸收
多余的能量是粒子剩余的能量
n ∞
量子数
使原子电离
5
4
3
E粒子 E En 即： E粒子 En 2
逸出电子的动能：
Ek E粒子 En
1
E /eV 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4
-13.6
第二十一页，共24页。
拓展： 氢原子能级跃迁的可能情况
一群氢原子从n能级跃迁，可能向外辐射的光子频
了解决这个矛盾，1913年玻尔在 卢瑟福学说的基础上，把普朗克 的量子理论运用到原子系统上，提 出了玻尔理论。
玻尔
第七页，共24页。
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。
电离后电子剩余动能为：
Ek hv En hv En
注意：En为负值
n 量子数 ∞
5 4 3 2
E /eV
0
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
1
-13.6
第二十页，共24页。
思考3：一个微观粒子（如电子）能量为12.2eV，与 处于基态的氢原子碰撞，结果如何？释了氢光谱的所有谱线 二、玻尔理论要解决问题2：原子光谱的分立性
电磁波的问题，但是也有它的局限性． 假 跃 量 粒 本 反 22除针 二 玻、e子子节对、迁了V说之尔玻，化能课原玻时氢尔2，从条量要子尔与电：理原轨上件可弄核理处子论能子的以清式论于道 述动要引 全 的 结 要光级基解能半 假进 部 几 构 解谱(态决、定径 设没 或 个 模 决外什的原有 部 问 型 问态增 出么，氢子适 分 题 提 题)问大 发原在假当 被 ： 出2电题：子时，的 吸解势说？原理 收碰能， 利决子论撞与光其原 用解，原谱他子 经释结的子。问电 典果分能题立如势 理量上性何的能 论遇？变增 和到化大 量了：， 子很当电 理轨大道子论的动 结困半难能 合径．减 ，减小小 计时， 算，原 出库子 了仑引能 氢力量 的做增 电正大 子功。 的，原轨子道的半电径势和能对Ep应减的小能，量电子值动（能能增级大），原．子能量减小。
就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定 hv En Em
于原子所处两定态能级间的能量差。
2.本实验中是利用一定能量的电子与原子
碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定
则：
eV En Em
第十七页，共24页。
四、玻尔模型的局限性
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的
成功解释了氢光谱的所有谱线
光子使原子跃迁:
n 量子数 ∞
E /eV 0
hv Em En
5
-0.54
4
-0.85
3
-1.51
2
-3.4
光子的能量只有等于能级差时，
才能被吸收
1
-13.6
第十九页，共24页。
思考2：分别能量为2eV、10eV的光子照射处于n=2激 发态的氢原子，结果如何？
电离： hv E En
即： hv En
h Em En
光子的发射和吸收
低 吸收光子 能 级
跃迁
高 能 级
辐射光子
h Em En
第十二页，共24页。
四、玻尔理论成功之处：对氢光谱的解释
玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论 结合，计算出了氢的电子的轨道半径和对应的能
量值（能级）．
n 氢∞ 原4 子3 能 级2
1
E/eV 0 -0.85 -1.51 -3.4
-3.40 eV
n=1
-13.6 eV
1
巴尔末公式：
1 R( 22
1 n2
) n
3，4,
5,
第十六页，共24页。
R=1.10 107m1
玻尔理论的实验证据：夫兰克—赫兹实验
IA (uA)
夫兰克—赫兹管的IA～VG2K曲线
e c a
o
o
d b
V1 V2
V3 V4
V5
V6
VG2K
1.当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时
率有几种？
C
2 n
n 量子数
E /eV
∞
一个氢原子处于n的激发态
0
5
-0.54
1、它可能向外辐射几种频率 4
-0.85
的光子？
3
-1.51
2
-3.4
2、它最多向外辐射的光子数 为多少？
1
-13.6
第二十二页，共24页。
课堂实例分析：有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知 氢原子的基态能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量h＝6.63×10 －34J·s，求：
多 (2)余这的群能氢量原是子粒发子出剩的余光的子能的量最大频率是多少？
一除群了氢原子从光谱n能外级，跃在迁解，决可其能他向问外题辐上射遇的到光了子很频大率的有困几难种．？
以 一上群矛氢盾原表子明，从从n能宏观级现跃象迁总，结可出来能的向经外典辐电射磁理的论光不子适频用率于原有子几这种样？小的物体产生的微观现象。
激发态：其他的状态 能级图
5 4 3
量2 子 数
E５ E４ E３
激 发
态
E２
1
E１— 基态
2v
3
1
m
r
轨道图
第十页，共24页。
假说3：频率条件(跃迁假说)
针对原子光谱是 线状谱提出
Em
v
原子从Em能级跃迁到En能 级（ Em>En ）时，会放出 能量为hv的光子，其能量 由前后能级差决定：
第十一页，共24页。
新课标高中物理选修3－5
第十八章 原子结构
第一页，共24页。
本节课要弄清的几个问题： 1、玻尔理论提出的历史背景是怎样的？
2、玻尔理论要解决什么问题？ 3、玻尔理论是怎样解决所面对的问题的？
4、玻尔理论的成功和局限分别有哪些？
第二页，共24页。
一、理论背景： 1、原子核式结构的建立：
第三页，共24页。
巴耳末系（可见光）
2
+ N=1 帕邢系（红外线）
N=2
N=3
布喇开系
N=4
N=5
逢德系
N=6
1
第十五页，共24页。
成功解释了氢光谱 的所有谱线
想一想
巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数 n 来标 志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？
n=
n=5 n=4
n=3
巴
耳
n=2
末
系
0
-0.54 eV -0.85 eV -1.51 eV
假这说里3的：电频势率能条件E(p跃＜迁0假，说原)因是规定了无限远处的电势能为零。
在解决核外电子的运动时 同时又应用了“粒子、 本 思节考课2要：弄分清的别几能个量问题为：2eV、10eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子，结果如何？
玻 以上尔矛理盾论表明成，功从的宏观解现释象并总结预出言来了的经氢典原电子磁理辐论射不的适用电于磁原波子这的样问小题的物，体但产是生的也微有观它现象的。局限性．
-13.6
rn = n2r1
1 En = n2 E1
r1 0.053nm
(E1 = -13.6eV)
n = 1, 2, 3
第十三页，共24页。
对能级的理解：
2. 这里的电势能 Ep＜0，原因是规定了无限远处的电势能为零。 这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。
3. 量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小； 量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。
量子化条件的引进没有适 人 （ 思 本节们一考课早）3要在：玻弄了一清尔解的个原原几微子子个观内问理部题粒论：结子的构（之基如前本电就假已子说经）观能察量到为了气12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
成 拓功展解：释原了子氢从光低谱能的级所向有高谱能线级跃迁条件 由 多于余电的子能轨量道是的 粒变 子化 剩是 余连 的续 能的 量，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱
当的理论解释。
除了氢原子光谱外，在解决其他 定态：原子中具有确定能量的稳定状态
63×10－34J·s，求：
玻尔理论的实验证据：夫兰克—赫兹实验
问题上遇到了很大的困难．
氦原子光谱
第十八页，共24页。
拓展： 原子从低能级向高能级跃迁条件
思考1：要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态， 则照射光的频率应为多少？ 频率高一点可以吗？
事 实
e
v
F
r + e
e
e +
第五页，共24页。
二、玻尔理论要解决问题2：原子光谱的分立性
经
由于电子轨道的
典 变化是连续的，辐射
理 电磁波的频率等于绕
论 核运动的频率，连续
认 变化，原子光谱应该
为 是连续光谱
事
原子光谱是
实 不连续的线状谱
第六页，共24页。
三、玻尔的原子理论
以上矛盾表明，从宏观现象总结 出来的经典电磁理论不适用于原子 这样小的物体产生的微观现象。为
(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？ (2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？
(3)这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？
第二十三页，共24页。
课堂小结：请同学们自己总结一下这 节课我们学到了些什么？
第二十四页，共24页。
4. 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道 半径
减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，电子动能 增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势 能增大，电子动能减小，原子能量增大。
第十四页，共24页。
轨道与能级相对应
赖曼系（紫外线）
∞n－－－－－－－－－E0/eV
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