玻尔理论的基本假设现象氢原子光谱是分立线状
玻尔原子理论的基本假设
3 激发态
2
v
1
m
量 子 数
２
r
１
Ｅ１
能级图
——基态 轨道图
光子的发射和吸收
基
（电子克服库仑引力做功增大电势能， 原子的能量增加）
吸收光子
态
跃迁
辐射光子
（电子所受库仑力做正功减小电势能， 原子的能量减少）
激 发 态
针对原子光谱是线状谱提出
当电子从能量较高的定态轨道 （其能量记为Ｅm）跃迁到能量 较低的定态轨道（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＝Ｅm-Ｅn 称为频率条件，又称辐射条件
1
卢瑟福模型的困难
卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。 原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾
核外电子绕核运动 辐射电磁波 电子轨道半径连续变小
原子不稳定
事实上：原子是稳定的
辐射电磁波频率连续变化
原子光谱是线状谱
玻尔理论的主要内容：
1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中， 在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动， 但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。 2、原子从一种定态（设能量为E初）跃迁到另 一种定态（设能量为E终）时，它辐射（或吸 收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定 态的能量差决定，即 h v= E初 －E终. 3、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。原子的定态是不连续的， 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。
E
n
n
针对原子光谱是线状谱提出
Em
n
原子在始、末 两个能级Em和En （ Em>En ）间跃 迁时发射光子的 频率可以由前后 能级的能量差决 定：
高中物理氢原子光谱知识点
高中物理氢原子光谱知识点一、氢原子光谱的发现历程。
1. 巴尔末公式。
- 1885年，巴尔末发现氢原子光谱在可见光区的四条谱线的波长可以用一个简单的公式表示。
巴尔末公式为(1)/(λ)=R((1)/(2^2) - (1)/(n^2))，其中λ是谱线的波长，R称为里德伯常量，R = 1.097×10^7m^-1，n = 3,4,5,·s。
- 巴尔末公式的意义在于它反映了氢原子光谱的规律性，表明氢原子光谱的波长不是连续的，而是分立的，这是量子化思想的体现。
2. 里德伯公式。
- 里德伯将巴尔末公式推广到更一般的形式(1)/(λ)=R((1)/(m^2)-(1)/(n^2))，其中m = 1,2,·s，n=m + 1,m + 2,·s。
当m = 1时，对应赖曼系（紫外区）；当m = 2时，就是巴尔末系（可见光区）；当m = 3时，为帕邢系（红外区）等。
二、氢原子光谱的实验规律与玻尔理论的联系。
1. 玻尔理论对氢原子光谱的解释。
- 玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。
- 根据玻尔理论，氢原子中的电子在不同的定态轨道上运动，当电子从高能级E_n向低能级E_m跃迁时，会发射出频率为ν的光子，满足hν=E_n-E_m。
- 结合氢原子的能级公式E_n=-(13.6)/(n^2)eV（n = 1,2,3,·s），可以推出氢原子光谱的波长公式，从而很好地解释了氢原子光谱的实验规律。
例如，对于巴尔末系，当电子从n（n>2）能级跃迁到n = 2能级时，发射出的光子频率ν满足hν = E_n-E_2，进而可以得到波长与n的关系，与巴尔末公式一致。
2. 氢原子光谱的不连续性与能级量子化。
- 氢原子光谱是分立的线状光谱，这一现象表明氢原子的能量是量子化的。
在经典理论中，电子绕核做圆周运动，由于辐射能量会逐渐靠近原子核，最终坠毁在原子核上，且辐射的能量是连续的，这与实验观察到的氢原子光谱不相符。
氢原子光谱 玻尔理论
20 世纪经典物理遇到的困难普朗克能量子假说爱因斯坦光量子假说经典物理学在进入20世纪以后，受到了冲击。
经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。
玻尔在原子结构中引入量子化解释氢原子光谱很早人们就知道，气态原子被火花、电弧或其他方法激发可以发光，经棱镜分光后，能得到不连续的线状光谱。
气态原子棱镜屏幕看似杂乱无章的光谱线是否有规律？？Rydberg 提出以一个经验的公式：22111=H R c n mm n νλ⎛⎫=-> ⎪⎝⎭其中，R H =1.09677576×107m -1是氢的Rydberg 常数。
经验公式背后的物理意义？？原子结构=1m =2m =3m =4m =5m =6m根据卢瑟福的原子核式结构模型，氢原子中核外电子会绕原子核做圆周运动。
是否能解释发光的物理机制？原子坍塌灾难根据经典电磁理论，电子加速运动，要辐射电磁波,电子能量减小，圆周运动半径减小。
（1）定态轨道（2）定态跃迁1913年，时年28岁丹麦人玻尔在卢瑟福实验室做博士后，就原子结构模型提出了两点假设：r n =L r p =⨯r μυ=⨯r μυ=n r μυ=质量为，速度为υμ（1）定态轨道电子只能处在特定的轨道上绕原子核转动，并不往外辐射能量。
电子的这种稳定的状态叫做定态。
轨道必须满足量子化条件：电子的角动量L 只能取的整数倍，即( n=1,2,3, … )L n=4222s n e E n μ=- =电子在定态轨道上的能量2212se E r μυ=-电子做圆周运动的向心力是库仑力提供的2222204s e Ze r r r μυπε==向心力库仑力联立两式,可得2s e n υ=222s n r e μ=r n =L r p =⨯r μυ=⨯r μυ=n r μυ=质量为，速度为υμ（2）定态跃迁电子可以从一个能级E n 跃迁到另一个较低（高）的能级E m ，同时将发射（吸收）一个光子。
氢原子光谱和波尔的原子结构模型
我们知道了核外电子排布，那核外电子 是如何运动的呢？
模
型
原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几 乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同 的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。
卢瑟福的原子结构理论遇到的问题
根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的时候会放出电 磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转的电子，因为能量逐渐减小 ，应当沿着一条螺旋形的轨道转动，离中心的原子核越来越近，最 后碰在原子核上。这样一来，原子就被破坏了。
100年后：汤姆逊用发现了电子，并且在各种元素的 原子中都有电子。这样看来，原子就不是不可再分的 了！也就是说，原子不是最最基本的物质粒子了！
1903
汤 姆 逊（ 原 子年 模） 型
原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌 着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
1911
卢
瑟
福（
原
子
年 ）
3、洪特规则
在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不 同的轨道，且自旋状态相同
练习：写出：碳、硫、钛（22Ti）的轨道表示式
练习：请写出下列元素原子的电子排布图。
钪21Sc， 铬24Cr, 铁26Fe, 铜29Cu, 砷33As
洪特规则的特例：
对于能量相同的轨道(同一电子亚层)，当电子排布处 于全满（s2、p6、d10、f14）、半满（s1、p3、d5、f7）、全 空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定，整个体系的能量最低。
【现学现用】焰火、霓虹灯探密
用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放 时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释 发光的原因： __燃__烧__时__，__电__子__获__得__能__量__，__从__能__量__较__低__的__轨__道__向__能__量__较__ _高__的__轨__道__跃__迁__，__跃__迁__到__能__量__较__高__的__轨__道__的__电__子__处__于__一___ _种__不__稳__定__的__状__态__，__它__随__即__就__会__跃__达__到__能__量__较__低__的__轨__道___ _，__并__向__外__界__以__光__能__的__形__式__释__放__能__量_。
大学物理,量子物理基础21-03 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
普芳德系
巴耳末系 赖曼系
波长 5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.8
0.6 可 见 光
0.4
0.2
mm
红
外
线
紫 外 线
10
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数 可用一普遍公式来表示：
1 1 R 2 2 （广义巴尔末公式） n m 1
实验上的发现成为人们构思原子模型的依据 之一。原子模型如雨后春笋，竞相脱颖而出。 其中最有影响的是汤姆孙的原子模型和卢瑟福 的原子模型。
2
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
早在原子理论建立以前，光谱学已经取得很大发 展，积累了有关原子光谱的大量实验数据。人们已 经知道，原子光谱是提供原子内部信息的重要资料， 不同原子的辐射光谱特征也完全不同。故研究原子 光谱的规律是探索原子结构的重要线索。 应当说，量子论、光谱学、电子的发现这三大 线索，为运用量子论研究原子结构提供了坚实的理 论和实验基础。 在所有的原子中，氢原子是最简单的，这里就 先从氢原子的光谱着手。
8
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
1 1 可见光：巴尔末系 R ( 2 2 ) , n பைடு நூலகம்,4, 2 n 1 1 1 帕邢系 R ( 2 2 ) , n 4,5, 3 n
红外：
1 1 紫外： 莱曼系 R( 2 2 ) , n 2, 3, 1 n
式中： m 1,2,3
n m 1, m 2, m 3,
第4节氢原子光谱玻尔理论
1第4节 氢原子光谱 玻尔理论一、 氢原子光谱，422-=n n B λ∞=,,5,4,3 nA =7.3645B αH βH γH ∞H ，∞→nB =∞λ巴耳末系，：线系极限∞H =：线系极限波长B =∞λA 7.3645波数：沿波线单位长度内波的个数 ν~cνλν==1~λ )121()121(441(1411~2222222nR n B n B n n B -=-=-=-==λν,5,4,3=n 里德伯公式：里德伯恒量1710096776.14-⨯==m BR 帕邢系：， )131(1~22n R -==λν,6,5,4=n 原子光谱实验规律：“原子光谱都是彼此分立的线状光谱，每一条光谱线的波数由 两个光谱项的差值决定” 里兹并合原理，， )()(~n T k T -=νN k n ∈,k n >、：光谱项)(k T )(n T 氢原子：，2)(k R k T =2)(nRn T =碱金属原子：，2)()(α+=k R k T 2)()(β+=n Rn T 、都给定，给出一条光谱线的波数k n 一定，所有的取值对应的谱线构成一个谱线系 k n 不同，给出不同的谱线系 k二、 玻尔理论1、 原子的有核模型1911，卢瑟夫，粒子散射实验α 有核模型 与经典理论矛盾 按照经典理论： 原子光谱应是连续的，原子是不稳定的2、 玻尔的氢原子理论c2（1） 定态假设：原子只能处在一系列具有不连续能量的 稳定状态：定态，不辐射电磁波 定态1， 定态2，,， ， 1E 2E , 轨道1， 轨道2， ,（2） 跃迁假设：的定态的定态 n E →k E 光子频率 hE E nk -=ν <，吸收一个光子，>，放出一个光子n E k E n E k E （3）角动量量子化假设：电子绕核转动的角动量：， n hnL ==π2 ,3,2,1=n：量子数n ：约化普朗克常数，SI ：=π2h = π2h= Js 341005.1-⨯三、 氢原子结构和氢原子光谱 1、 轨道半径（1） 20224r e r V m πε= （2），n mVr L == ,3,2,1=n （，）V m r P r L⨯=⨯=θθsin sin rmV rP L == ，， 222023141 n r e mr πε=22204n me r ⋅= πε ,3,2,1=n ， 1=nA ==529.042201mer πε ，2=n 2122⋅=r r ，3=n2133⋅=r r21n r r n ⋅=<<<321r r r ：玻尔半径A =529.01r 结论：电子的轨道半径是量子化的 2、 定态能量，， r e mV E 022421πε-=20224r e r V m πε=r e mV 022821πε= ，210202188n r e re E ⋅-=-=πεπε ,3,2,1=nVm e3，，，1=n eV r e E 6.1381021-=-=πε2=n eV E E 4.32/212-== ，，3=n ,51.13/213eV E E -== 21/n E E n =<<<321E E E 的定态：基态，的定态，激发态 1=n 1>n 结论：氢原子的定态能量是量子化的 每一个定态能量称为一个能级∞=n4=n51.1-3=neV 4.3-2=neV 6.13-1=n3、 氢原子光谱氢原子 ，n E →k E k n >辐射光子频率==h E E k n -=ν)(12121k E n E h -)11(221nk h E -- 波数， ==c νν~11(221n k hc E --k n > 令，， hc E R 1-===λν1~)11(22n k R -k n >= hcER 1-=1710097373.1-⨯m 例：赖曼系中波长最短的谱线光子能量是多少？ 答：eV 6.13例：巴耳末系中波长最短的谱线光子能量是多少？ 答：eV 4.3例：写出氢原子光谱各谱线系的极限波数表达式解：，， ==λν1~11(22n k R -∞→n 2)(~k R =∞ν赖曼系 （）， = 1=k R =∞)(~赖ν1710097.1-⨯m 巴耳末系（）， 2=k 1710274.04)(~-⨯==∞m R 巴ν5=n 赖曼系4四、 玻尔理论的缺陷氢原子及 类氢离子光谱 ， ，， H +He +2Li +3Be Z= 1， 2， 3， 4碱金属元素的原子光谱，光谱的精细结构 塞曼效应，谱线宽度、强度、偏振逻辑上，玻尔理论自相矛盾 认识原子结构的里程碑 “定态”、“能级”、“跃迁” 例：氢原子由量子数为的定态（）的定态 n →1-n 求：（1）辐射光子频率1-→n n ν （2）很大时，n 1-→n n νn ν≈：电子在第轨道上的转动频率n νn 解：（1）= 1-→n n ν22121211)1(12])1([1n n n h E n E n E h h E E n n --⋅-=--=--= ()22102)1(128n n n h r e --⋅πε10218r e E πε-= （2）= () n νn n n n n r mV mV r V ππ222=20224nn n r e r V m πε== (，) 31020214214nh r e n r e n ⋅=⋅πεππε n r mV n n =21n r r n ⋅= 很大时，== n 1-→n n ν22102)1(128n n n h r e --⋅πε310214nh r e ⋅≈πεn ν对应原理：当量子数很大时，量子方程应过渡到经典方程 n 经典理论是量子理论在很大时的极限 n 例：氢原子某谱线系的极限波长为，其中一条谱线A 3647 波长为A 6565求：该谱线对应的氢原子初态和末态的能级能量 （）1710097.1-⨯=m R 解：，，， ==λν1~11(22n k R -∞→n 21k R =∞λ2==∞λR k ，，= =λ1)121(22n R -221211n R -=λR nλ14112-=R R λλ44-344=-=R Rn λλ 初态，3=n eV E E 51.13/213-==末态，2=n eV E E 4.32/212-==。
氢原子光谱实验
氢原子光谱实验⏹大学物理实验⏹作者高峰⏹理学院实验中心引言⏹氢原子光谱的谱线排列简单而且存在着规律性，它的线状谱线直接传达出了原子内部的信息，反映了原子能级结构。
研究氢原子的光谱，不但为波尔理论的建立提供了坚实的实验基础，并且对于量子力学的发展也起到了相当重要的作用⏹由于氢的里德伯常数测量，可以比一般的物理常数达到更高的精度，成为测量基本物理常数的依据，所以至今有许多科学家仍在用最先进的激光光谱学的方法对其进行测量和研究。
不断的减小了测量结果的不确定度，增加了结果的有效位数。
⏹传统的光谱分析，需要摄谱、暗室冲洗、测谱等阶段，实验周期较长。
组合式多功能光谱仪汲取了计算机和CCD 技术，一改传统摄谱仪用感光胶片的记录方法，使得光谱既可以在计算机屏幕上显示，又可以打印成谱图进行保存，大大缩短了实验的周期，增大了实验的精确程度。
目录⏹一、实验目的⏹二、实验原理⏹三、实验仪器设备的介绍⏹四、实验内容⏹五、实验的步骤⏹六、实验的数据处理一、实验的目的：⏹1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱线的波长，并将在空气中的波长修正为真空中的波长。
⏹2.测量计算各谱线的里德伯常数R H ，并求其平均值或用线性拟和的方法求出R H 。
⏹3.学习多功能组合光谱仪的使用。
二、实验原理⏹1.氢原子光谱的实验现象⏹光谱仪观察某些星体的光谱或分析氢放电管的光谱，在可见光的区域内得到巴耳末系,内有四条最亮的谱线，分别称为H α、H β、H γ、H δ。
谱线H αH βH γH δ波长（n m ）656.279486.133434.046410.173颜色红深绿青紫δλ（n m ）0.1810.1360.1210.116αH βH γH δH ∞H2.巴耳末用经验公式1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：Λ,5,4,3,nm 256.364222=-=n n nλ422-=n nB λΛ,5,4,3=n B=364.56 为一经验常数.3.里德伯公式:里德伯将此式改写成用波数表示的形式.⎪⎭⎫ ⎝⎛-==22~1211n R H λν4.里兹并合原理：里德伯.里兹发现碱金属光谱有类似的规律.)()(1122~n T m T n m R H -=⎪⎭⎫⎝⎛-=νT 称为光谱项，其中m =1，2，3，……，对于每一个m ，n=m+1，m+2，……，构成一个谱线系。
氢原子光谱
氢 放 电 管 2~3 kV 光 源
全息干板 光阑 三棱镜 或光栅） （或光栅）
记录原子光谱原理示意图
5
一、氢原子光谱的实验规律 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱， 很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱， 在可见光范围内有四条谱线。 在可见光范围内有四条谱线。 656.210nm； Ηα： 红色 656.210 ； 434.010nm； Ηγ ： 青色 434.010 ； 486.074nm Ηβ ；深绿 486.074 Ηδ ；紫色 410.120nm 410.120
ε 0 h2 a B = r1 = π me e 2
8.85 × 10 −12 × (6.6 × 10 −34 ) 2 = π × 9.1 × 10 − 31 × (1.6 × 10 −19 ) 2
= 0.529 × 10−10 m
第n级轨道半径 级轨道半径
2
rn = n r1 ( n = 1,2,3 ⋯)
7
巴尔末公式
n2 λ=B 2 2 n −2
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数 表示的氢原子光谱公式 表示的氢原子光谱公式 波数：单位长度内所包含的完整波形数目。 波数：单位长度内所包含的完整波形数目。
1 n2 − 4 4 1 1 ~= = = 2− 2 ν 2 B2 n λ B n
为四条可见光谱线H 当 n=3，4，5，6,为四条可见光谱线 α、Hβ、Hγ、Hδ ， ， ， 为四条可见光谱线 656.210nm； Ηα： 红色 656.210 ； 434.010nm； Ηγ ： 青色 434.010 ； 486.074nm Ηβ ：深绿 486.074 Ηδ ；紫色 410.120nm 410.120
氢原子光谱和玻尔的原子模型(高中物理教学课件)完整版3
例3.对于巴耳末公式 的理解，下列说法正确的是（AC ） A.此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的 B.此公式中n可以取任意值，所以氢原子光谱是连续的 C.此公式中n只能取整数，故氢原子光谱是线状谱 D.此公式不但适用于氢原子光谱，还适用于其他原子光 谱
例4.太阳光谱中有许多暗线，他们对应着某些元素的特 征谱线，产生这些暗线是由于（ C ） A.太阳表面大气中缺少相应的元素 B.太阳内部缺少相应的元素 C.太阳表面大气层中存在着相应元素 D.太阳内部存在相应元素
ke2 r
k
e2 rn 2
m vn2 rn
Ekn
1 2
mvn 2
Ekn
ke2 2rn
rn n2r1
1 Ekn n2 其中Ek1
E Ek Ep 故可以推导原子能量
ke2
2r1 ke2
2r1
Ekn n
Ek1 n2
1，2，3
ke2 9 109 1.6 1019 Ek1 2r1 2 0.053109 eV 13.6eV
答：12.75eV；3.08x1015Hz；6种
例8.图示为氢原子的能级结构图。在某正方体密闭容器
的某一器壁上有一红外光子接收仪,可以接收红外光子(光
子能量范围在(0.001eV~1.6eV),并计数。假设到达该器壁
的所有红外光子均被接收仪吸收。将容器内的氢原子全
部激发到n=4能级,接收仪在之后的较短时间内接收到
六.玻尔理论的局限性
1.玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释 了氢原子光谱的实验规律，但对于稍微复杂一点的原子如氦原子， 玻尔理论就无法解释它的光谱现象。后来，人们经过进一步探索， 建立了完整描述微观规律的量子力学。 2.玻尔理论的不足之处在于保留了经典粒子的观念，仍然把电子 的运动看作经典力学描述下的轨道运动。 3.根据量子力学，不能把电子的运动看成一个具有确定坐标的质 点的轨道运动。当原子处于不同 的状态时，电子在各处出现的概 率是不一样的。如果用疏密不同 的点表示电子在各个位置出现的 概率，画出图来就像云雾一样， 人们形象地把它叫作电子云。图 甲是氢原子处于n＝1状态时的电 子云；图 乙画的是n＝2时其中 一个状态的电子云。
物理学原理及工程应用21301_03_玻尔的氢原子理论
电子在rn轨道的能量
1 2 e2 e2 En mvn 2 4 0rn 8 0 rn
2 vn 圆周运动满足的条件 m 2 4 0rn rn
e2
2 h rn n 2 ( 0 2 ) me
1 me4 En 2 ( 2 2 ) n 8 0 h
1301 光的波粒二象性
玻尔的氢原子理论
WL
物理学原理及工程应用
WL
物理学原理及工程应用
1 氢原子光谱的实验规律 —— 氢原子发出的光在底片出现了一系列分立的谱线 —— 1884年6月15日 瑞士中学数学教师巴尔末 总结得到氢原子光谱规律
—— 巴尔末公式
n 2 —— 得到的氢原子谱线集合称为巴尔末系
设 En —— 初始能级 Ek —— ΔE=10.19 eV 的激发能级
WL
物理学原理及工程应用
hc 根据题意 En Ek h nk 1 1 hc 13.6( 2 2 ) k n
消去 k
13.6 En 2 eV n E 13.6 eV k 2 k
里德伯常数
—— 与实验值符合得非常好！
WL
物理学原理及工程应用
—— 电子从不同高能量轨道跃迁到不同低能级轨道 发出不同频率光子 __ 形成不同的谱线系
WL
物理学原理及工程应用
3 玻尔理论的意义和缺陷
1) 玻尔量子化条件的物理基础
轨道半径与德布罗意波长满足
2 r n —— 驻波条件 n 1, 2, 3, 4,
相应能量 2) 跃迁假设 —— 原子从能量En定态跃迁到能量Ek的定态
发射或吸收频率为νnk的光子
nk
【人教版】高中物理选修3-5优秀教学案集：第十八章 第4节 玻尔的原子模型 Word版含答案
第4节玻尔的原子模型1．丹麦物理学家玻尔提出玻尔理论的基本假设(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，这些状态中能量是稳定的。
(2)跃迁假设：原子从一个定态跃迁到另一个定态，辐射或吸收一定频率的光子。
hν＝E m－E n。
(3)轨道假设：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。
2．氢原子的轨道半径r n＝n2r1，n＝1,2,3，…氢原子的能量：E n＝1n2E1，n＝1,2,3，…一、玻尔原子理论的基本假设1．玻尔原子模型(1)原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动。
(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。
(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，且不产生电磁辐射。
2．定态当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级，原子具有确定能量的稳定状态，称为定态。
能量最低的状态叫做基态，其他的能量状态叫做激发态。
3．跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E m)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为E n，m>n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝E m－E n，这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。
二、玻尔理论对氢光谱的解释1．解释巴耳末公式(1)按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝E m－E n。
(2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2。
并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好。
2．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个能级差，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。
三、玻尔理论的局限性1．成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，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。
关于玻尔模型_玻尔理论介绍
关于玻尔模型_玻尔理论介绍玻尔模型是丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上提出的完整而严密的原子结构学说。
玻尔模型描绘出电子在核外的量子化轨道上运动，这个模型解决了原子结构的稳定性的问题。
下面是店铺为你搜集玻尔模型的相关内容，希望对你有帮助!玻尔模型玻尔模型是丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上提出的完整而严密的原子结构学说。
玻尔模型描绘出电子在核外的量子化轨道上运动，这个模型解决了原子结构的稳定性的问题。
玻尔模型描绘出这样的原子图像：电子在特定的轨道上围绕着核作圆周运动，并且随着离核距离的增大能量也随之增大;当电子在特定的轨道上运动时，原子不发射也不吸收能量;当电子从一个轨道转移到另一个轨道时，原子发射或吸收能量;而且这种辐射是单频的，并给出了辐射频率和能量之间的关系。
玻尔模型形象的说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律。
玻尔模型有三个假设：假设原子核外电子是在一定的轨道上围绕核运行的：假设氢原子的核外电子在在轨道上运行时具有一定的、不变的能量，不会释放能量;假设氢原子核外电子的轨道是分立的并不是连在一起的。
玻尔模型大大的扩展了量子论在世界上的影响，并且加速了它的发展。
1915年，索末菲把原子模型推广到包括椭圆轨道的领域，并且还考虑到了电子的质量随速度的变化而变化的狭义相对论效应。
在1916年，爱因斯坦用统计方法在玻尔模型的基础上分析了物质吸收和发射辐射这两个过程，并且总结出了普朗克辐射定律。
爱因斯坦对玻尔模型的分析综合整理了量子论首个阶段的成就，讲爱因斯坦、玻尔、普朗克三个人的理论结合成了一个。
玻尔理论物理学上的诺贝尔奖有很多，而每一个诺贝尔奖后面都有一个伟大的理论。
正是这些理论，一步步的带领我们向前看、向前走。
后人要感谢它们的提出，由玻尔提出的玻尔理论便是其中之一，它又是一个人类进步的推手。
一个理论的产生有其必然性，随着时势的变化。
原有的东西在不同程度上会不适用。
在人类对波的研究进入一个新的阶段时，原来的理论开始出现弊端，在这样的大背景下，它就产生了。
波尔氢原子模型的三个基本假设
玻尔氢原子理论的三条假说N.玻尔首创的第一个将量子概念应用于原子现象的理论。
1911年E.卢瑟福提出原子核式模型，这一模型与经典物理理论之间存在着尖锐矛盾，原子将不断辐射能量而不可能稳定存在；原子发射连续谱，而不是实际上的离散谱线。
玻尔着眼于原子的稳定性，吸取了M.普朗克、A.爱因斯坦的量子概念，于1913年考虑氢原子中电子圆形轨道运动，提出原子结构的玻尔理论[1]。
理论的三条基本假设是：①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量的状态中，在这些状态中原子是稳定的，这些状态叫定态。
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，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的，电子在这些可能的轨道上的运动是一种驻波形式的振动。
②跃迁假设：原子系统从一个定态过渡到另一个定态，伴随着光辐射量子的发射和吸收。
辐射或吸收的光子的能量由这两种定态的能量差来决定，即hν=|E初-E末|③轨道量子化：电子绕核运动，其轨道半径不是任意的，只有电子在轨道上的角动量满足下列条件的轨道才是可能的：mvr=nh/（2π）（n=1，2，3…）式中的n是正整数，称为量子数。
玻尔理论在氢原子中的应用⑴氢原子核外电子轨道的半径— 1 —设电子处于第n条轨道，轨道半径为（rn），根据玻尔理论的轨道量子化得m（vn）（rn）=mvr=nh/（2π）（n=1，2，3…）①电子绕核作圆周运动时,由电子和原子核之间的库仑力来提供向心力,所以有m（vn）^2/（rn)=1/（4πε0）*[e^2/（rn）^2]②由①②式可得（rn）=ε0h^2*n^2/(πme^2)（n=1，2，3…）当n=1时,第一条轨道半径为r1=ε0h^2/(πme^2)=5.3*10^-11(m),其他可能的轨道半径为（rn）=r1,4r1,9r1,25r1…⑵氢原子的能级当电子在第n条轨道上运动时，原子系统的总能量E叫做第n 条轨道的能级，其数值等于电子绕核转动时的动能和电子与原子的电势能的代数和En=1/2*m*(vn)^2-e^2/(4πε0（rn))③由②式得1/2*m*(vn)^2=e^2/(8πε0（rn))④将④式代入③式得En=-me^4/(8(ε0)^2h^2n^2)⑤这就是氢原子的能级公式当n=1时,第一条轨道的能级为E1==-me^4/(8(ε0)^2h^2)=-13.6eV.其他可能轨道的能级为En=E1/n^2=-13.6/n^2(eV)(n=2,3,4…)由轨道半径的表达式可以看出,量子数n越大,轨道的半径越大,— 2 —能级越高.n=1时能级最低,这时原子所处的状态称为基态,n=2,3,4,5…时原子所处的状态称为激发态.⑶玻尔理论对氢光谱的解释由玻尔理论可知,氢原子中的电子从较高能级(设其量子数为n)向较低能级(设其量子数为m)跃迁时,它向外辐射的光子能量为hν=En-Em=-me^4/(8(ε0)^2h^2)(1/n^2-1/m^2)由于c=λν,上式可化为1/λ=me^4/(8(ε0)^2h^2)(1/m^2-1/n^2)将上式和里德伯公式作比较得R=me^4/(8(ε0)^2h^3c)=1.097373*10^7m^(-1)这个数据和实验所得的数据1.0967758*10^7m^(-1)基本一致,因此用玻尔理论能较好的解释氢原子的光谱规律,包括氢原子的各种谱线系.例如:赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系等的规律。
第四节-原子的能级结构 PPT
能级向高能级跃迁。
Em
hv
Em
Em
En
总结：能级结构猜想
能级：原子内部不连续的能量状态所具有的的能量称 为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。
跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能
量为:
hv= Em- En 辐射条件
Em和En分别为跃迁前后的能级
能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向 外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的 光子的能量等于两能级间的能量差。
n=4
n=3 n=2 n=1
E4
E3 激 发 态
E
2
电子轨道
E1 基态
能级
n 高能级
∞
12 .8eV３４５
12 .1eV
２
10 .2eV
１
低能级
氢原子能级结构
普丰德系
布喇开系
大家有疑问的，可以询问和交流
注意： ⑴原子的能量一般指电势能与动能之和
即：En=(EP+EK) ﹤0
⑵电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝 对值时,电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0
⑶电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时， 电子被电离，电离后E﹥0、 EP=0、 EK﹥0 ⑷电子吸收能量的形式一般有两种
在各轨道上对应的能级(包括电子的动能和 电势能的总和)
En
1 n2
E1,其中E1
13.6eV
(取无限远处的电势能为0)
氢原子的能级
从
En
Rhc n2
n=1,2,3,4，……n取正整数
可算出：
E113.6eV 以无穷远处作为零电势参考位置
第4章 4.氢原子光谱和玻尔的原子模型—新教材人教版(2019)高中物理选择性必修第三册讲义
4．氢原子光谱和玻尔的原子模型学习目标:1．[物理观念]知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容,了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。
2.[科学思维]掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图,理解理论的局限性与不足,能用原子能级图分析、推理、计算,提高解决问题的能力。
3.[科学探究]通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解,揭示物理现象的科学本质,提高探究能力。
4.[科学态度与责任]学会用事实说话,坚持实事求是的科学态度,体验科学家的艰辛,激发探索科学规律的热情。
阅读本节教材,回答第84页“问题”并梳理必要的知识点。
教材P84“问题”提示:每种原子都有自己的特征谱线,食盐钠原子能发出黄色频率的光线。
一、光谱及氢原子光谱的实验规律1．光谱(1)定义:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2)分类○1线状谱:有些光谱是一条条的亮线,叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱。
○2连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,叫作连续谱。
○3特征谱线气体中中性原子的发射光谱都是线状谱,且不同原子的亮线位置不同,故这些亮线称为原子的特征谱线。
(4)光谱分析○1定义:利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。
○2优点:灵敏度高。
说明:同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。
2．氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难(1)氢原子光谱的实验规律○1巴耳末公式 1λ＝R ∞⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2 n ＝3,4,5,… ○2意义:巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
(2)经典理论的困难(1)用经典电磁理论在解释原子的稳定性时遇到了困难。
(2)用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的线状谱时遇到了困难。
说明:氢原子光谱是线状谱,只有一系列特定波长的光。
二、玻尔原子理论的基本假设1．玻尔原子模型(1)原子中的电子在库仑力的作用下,绕原子核做圆周运动。
厦门大学无机化学习题05 原子结构
原子结构1、用玻尔理论解释：（1）氢原子光谱产生的原因。
（2）氢原子光谱为什么是分立的线状光谱？（3）氢原子光谱中，每条谱线都有确定的频率。
（4）可见光区，氢原子光谱从Hα到Hδ等谱线间的距离为什么越来越小？2、举例说明下列概念：①量子和量子化；②能级；③基态、激发态；④玻尔半径；⑤连续光谱与线状光谱；3、欲使氢原子基态能级上的一个电子电离，形成H+需要多大的能量？4、计算电子从n=3能级跃迁到n=2能级时，产生的谱线Hα的波长，并与实验测定值λ=656.210纳米（1 纳米=10-9米）相比较。
5、说明下列名词和概念；（1）波粒二象性；（2）微观粒子；6、试由电子衍射图象说明下列关系：（1）衍射强度与电子出现几率的关系；（2）衍射强度与电子波强度的关系；（3）电子波强度与电子出现几率的关系；（4）利用德布罗依关系式计算质量为2.5×10－2公斤，运动速度为300米/秒的子弹所具有的波长。
计算质量为9.1×10－31公斤，运动速度为1.5×106米/秒的电子所具有的波长。
计算结果说明了什么？（何种物质显波性）。
7、解释下列名词和概念（1）波函数（2）电子云（3）几率和几率密度（4）ψ和|ψ|28、举例说明下列名词的含意：① 能级；② 简并轨道（等价轨道）9、下列说法是否正确？应如何改正？①“s 电子绕核旋转，其轨道为一园圈，而p 电子是∞字形的”。
②“主量子数为3时，有3s 、3p ，3d ，3f 四条轨道”。
③“多电子原子轨道能级与氢原子的相同。
”10、指出下列各组量子数所表示的电子运动状态。
① 5，0，0，+21 ② 4，1，0，－21 11、有无以下运动状态？为什么？应怎样改正？① n=1,l=1, m=0。
② n=2,l=0, m=±1。
③ n=3,l=3, m=±3。
④ n=4, l=3, m=±2。
12、在某元素原子的某一电子层中，角量子数为2的能级中，原子轨道中几个？并画出该能级下的原子轨道的角度分布图。
氢原子光谱与玻尔原子模型
氢原子光谱与玻尔原子模型
¬ 轨道量子化假设：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。原子的能量状 态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是 不连续的。
现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。 F1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上 ，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出 假设：
¬ 能量量子化假设：原子只能处于一系列 不连续的能量状态中，在这些状态中原 子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并 不向外辐射能量。这些状态叫定态
氢原子光谱与玻尔原子模型
氢原子光谱的其他线系
紫
外 线
莱曼线系
区
1
R
1 12
1 n2
n2， 3,4,
红
外
帕邢系
区
还
1
R
1 32
1 n2
n4,5,6,
有
三
布喇开系
个
线
1
R
1 42
1 n2
n5,6,7，
系
普丰特系
1
R
1 52
1 n2
n6,7， 8，
氢原子光谱与玻尔原子模型
四、经典的电磁理论的困难
氢原子光谱与玻尔原子模型
玻尔理论的基本假设
¬ 能级的跃迁假设: 当原子从一种定态跃迁道另一 种定态时，它要发射(或吸收)一定频率的光子.光 子的能量由这两个定态的能量差决定，即
hv= E初- E末
E初>E末 发射光子， E初<E末吸收光子
En
Em
hv
hv
Em
En
氢原子光谱与玻尔原子模型
玻尔理论在人们认识原子结构的进程中有很大的贡献
主量子数
假设三 当原子从高能量 的定态跃迁到低能量
的定态时，要发射频率为 的光子.
（2）玻尔的三个假设
基本假设应用于氢原子：
(1) 轨道半径量子化
第一玻尔轨道半径
(2) 能量量子化和原子能级
基态能级
激发态能级
氢原子的电离能
, 玻尔半径
氢原子能级公式
第 轨道电子总能量
解：（1）
（2）在某一瞬时，一个氢原子只能发射与某一谱线相应的一定频率的一个光子，在一段时间内可以发出的谱线跃迁如图所示，共有6 条谱线。
由图可知，可见光的谱线为 n=4和n=3跃迁到n=2的两条
（1）正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化）； （2）正确地指出定态和角动量量子化的概念； （3）正确的解释了氢原子及类氢离子光谱；
三 氢原子玻尔理论的意义和困难
（4）无法解释比氢原子更复杂的原子； （5）把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的； （6）是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把 微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又 赋予它们量子化的特征 .
紫外
巴尔末系
可见光
帕邢系
布拉开系
Байду номын сангаас普丰德系
汉弗莱系
红外
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
波数
里德伯常量
二 氢原子的玻尔理论
（1）经典核模型的困难
根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波 .
+
原子不断地向外辐射能量，
玻尔理论在人们认识原子结构的进程中有很大的贡献---- 1922年玻尔获诺贝尔物理奖
玻尔正在讲解他的 互补原理
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原子的能级结构
回顾
19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界
的大门，物理学家根据研究提出了关于原子
结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能
够很好
盾．
经典电磁理论
经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子 不断地向外辐射能量，能量 v 逐渐减小，电子绕核旋转的频 e F
Em>En 发射光子， Em<En 吸收光子
能级结构猜想
能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级。
数值上等于原子在定态时的能量值。 跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能 量为:
hv= Em- En
Em和En分别为跃迁前后的能级
(1)处于高能级的原子会自发
由 T ( m ) T ( n ) 知道，氢原子辐射光谱的波长取决 于两光谱项之差；而hv=Em-En式则揭示出氢原子 辐射光的频率取决于两能级之差。 能级与光谱项之间的关系 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学 家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆假 设，推导出氢原子的能级满足：
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“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．
半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵 守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征。
玻尔理论解决了原子的稳定性和 辐射的频率条件问题，把原子结构的 理论向前推进了一步 ．
率也逐渐改变，原子的发射光 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。
r
+
e
e
e+
经典电磁理论与现代物理学的矛盾
事实上：
氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而 核外的电子总是不停地绕核运动。
表明：
从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟 原子微粒产生的微观现象出现了矛盾。
∞
普丰德系
５ 12 .8eV ４ 12 .1eV ３
10 .2eV ２
布喇开系 帕邢系
0 eV -0.54eV -0.85eV -1.51eV -3.4eV
巴耳末
n
赖曼系
吸 收 能 量
放 出 能 量
En
-13.6eV
0eV 低能级
１
以无穷远处为参考位置
注意： ⑴原子的能量一般指电势能与动能之和 即：En=(EP+EK) ﹤0 ⑵电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝 对值时,电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0
地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子 。 (2)反之，原子吸收了特定频 率的光子或者通过其他途 径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。 hv
Em
Em Em
hv
En
氢原子的能级
基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。 激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较 高的能级E2，E3…上，这些能级对应的定态 称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的 能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向 外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的 光子的能量等于两能级间的能量差。
En Rhc , 2 n n 1,2 ,3 ,
1
n取正整数
式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取 一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,因 此n也被称为能量量子数。
氢原子的能级
从
Rhc En 2 , n 1,2 ,3 , 可算出： n
E1 13.6eV E 2 3.40eV E 3 1.51eV
课堂练习
1.下面关于玻尔理论的解释中, 正确的说法是( AD) A.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； B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能 量状态不改变，就会向外辐射能量； C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射 一定频率的光子； D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且 这些轨道是不连续的。
⑶电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时， 电子被电离，电离后E﹥0、 EP=0、 EK﹥0
⑷电子吸收能量的形式一般有两种 ①吸收合适频率光子的能量（可能全吸收 或全不吸收）
②电子与其它粒子碰撞时吸收能量（全吸 收或部分吸收）
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子 辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限 性．
以无穷远处作为零电势参考位置
所以，上式也可以写成：
E1 En 2 , n n 1,2 ,3 ,
能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁 到某一特定能级就形成一个线系。
n 1 n2 n3 n4
E2
E1
E4 E3 激
发 态
基态
电子轨道
能级
高能级
氢原子能级结构
玻尔理论的基本假设
轨道能级化假设：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。原子的定态是 不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连 续的。 跃迁假设: 当原子从一个能量
为En的定态跃迁到另一个能量 为Em的定态时，就要发射或吸 收一个频率为 m-n的光子.
vm n Em En h
课堂练习
2. 处于基态的氢原子在某种单色光照射下，只能发 出频率为v1、v2、v3的三种光，且v1<v2<v3, 则照射 光的光子能量为多少？ 解：处于基态的原子要发光, 必须先吸收一定的能量 E, 使其处于激发态。由于激发态能量高, 原子不 稳定, 就会向低能级跃迁, 从而发出一系列频率的 光子, 但这些光子的频率决不会大于v, 且必有一种 频率等于v。由题意知, 该氢原子受激后只能发出 频率为v1、v2、v3的三种光, 且v1＜v2＜v3,即最高频 率是v3, 那么照射光频率必是v3, 光子能量是hv3。
玻尔理论的基本假设
现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。
1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上， 结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假 设： 定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态 中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运 动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态