人教版高中物理选修35 1玻尔的原子模型
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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
玻尔理论解释不同元素的谱线有不同的特征
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？
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。
能量量子化（定态）
量 子 数
轨道图
能级图
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
激发态
其他的状态
—— 基态 能量最低的状 态 （ 离核最近）
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。 电子从低能级向高能级跃迁
跃迁假设（频率条件) 3、跃迁假说（频率条件）：针对原子光谱是线状谱提出
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
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
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。
谱线系
-13.6
玻尔理论与巴耳末公式
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
玻尔理论与巴耳末公式
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
基态
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的 现象
能量量子化（定态）
2、能量量子化：针对原子的稳定性提出
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。
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。
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
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=2n=1 n=3 n=4
n=5
n=6
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
巴尔末系氢吸收光谱
n=2 n=1 n=3 n=4 n=5 n=6
Hβ Hα
玻尔理论解释气体导电发光
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？
玻尔的原子模型
教学目标
知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容 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
教学重点 玻尔原子理论的基本假设
教学难点 玻尔理论对氢光谱的解释
回顾科学家对原子结构的认识史
汤姆孙发现电子
原子不可割 否定
建立 汤姆孙的枣糕模型
α粒子散射实验
否定
建立 卢瑟福的核式结构模型
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
经典物理学观点下， 原子将发生“塌陷”
事实上，原 子是稳定的
轨道半径不断缩小 最终落在原子核上
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
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
波尔的原子结构假说
玻尔
轨道量子化
玻尔原子 理论的基 能量量子化 本假设
跃迁假说
轨道量子化
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， 即电子的轨道是量子化的。
分立轨道
电子在这些轨道上绕核的转动 是稳定的，不产生电磁辐 射。
能量量子化（定态）
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。原子的不同能量状态
能级：原子在各种定态时的能量值叫做能级 跟电子沿不同的圆形
轨道绕核运动相对应
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？
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
玻尔
Fra Baidu bibliotek
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
氢原子能级
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 氢原子能级
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
氢原子光谱
因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线
玻尔理论对氢光谱的解释
n
∞
氢 激发态
５ ４
原
３
子
的
２
巴
能
耳
级
末
图
１
系
基态 赖曼系
帕邢系
E/eV 0 eV
普
布
丰
喇
德
开
系
系
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
玻尔理论还能很好地解
释甚至预言氢原子其他
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。
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
这就是气体导电时发光的机理
玻尔理论解释不同元素的谱线有不同的特征
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？
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。
能量量子化（定态）
量 子 数
轨道图
能级图
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
激发态
其他的状态
—— 基态 能量最低的状 态 （ 离核最近）
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。 电子从低能级向高能级跃迁
跃迁假设（频率条件) 3、跃迁假说（频率条件）：针对原子光谱是线状谱提出
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
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
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。
谱线系
-13.6
玻尔理论与巴耳末公式
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
玻尔理论与巴耳末公式
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
基态
电离：原子吸收能量使电子脱离原子束缚的 现象
能量量子化（定态）
2、能量量子化：针对原子的稳定性提出
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。
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。
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
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=2n=1 n=3 n=4
n=5
n=6
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
巴尔末系氢吸收光谱
n=2 n=1 n=3 n=4 n=5 n=6
Hβ Hα
玻尔理论解释气体导电发光
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？
玻尔的原子模型
教学目标
知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容 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
教学重点 玻尔原子理论的基本假设
教学难点 玻尔理论对氢光谱的解释
回顾科学家对原子结构的认识史
汤姆孙发现电子
原子不可割 否定
建立 汤姆孙的枣糕模型
α粒子散射实验
否定
建立 卢瑟福的核式结构模型
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
经典物理学观点下， 原子将发生“塌陷”
事实上，原 子是稳定的
轨道半径不断缩小 最终落在原子核上
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
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
波尔的原子结构假说
玻尔
轨道量子化
玻尔原子 理论的基 能量量子化 本假设
跃迁假说
轨道量子化
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， 即电子的轨道是量子化的。
分立轨道
电子在这些轨道上绕核的转动 是稳定的，不产生电磁辐 射。
能量量子化（定态）
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。原子的不同能量状态
能级：原子在各种定态时的能量值叫做能级 跟电子沿不同的圆形
轨道绕核运动相对应
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？
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
玻尔
Fra Baidu bibliotek
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
氢原子能级
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 氢原子能级
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
氢原子光谱
因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线
玻尔理论对氢光谱的解释
n
∞
氢 激发态
５ ４
原
３
子
的
２
巴
能
耳
级
末
图
１
系
基态 赖曼系
帕邢系
E/eV 0 eV
普
布
丰
喇
德
开
系
系
-0.54 -0.85 -1.51
-3.4
玻尔理论还能很好地解
释甚至预言氢原子其他
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。
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