(统编版)2020学年高中物理第二章原子结构第4节玻尔的原子模型能级教学案教科版选修3
2019-2020年高中物理 第2章 原子结构 2.3 玻尔的原子模型教案 鲁科版选修3-5
2019-2020年高中物理 第2章 原子结构 2.3 玻尔的原子模型教案 鲁科版选修3-51．知道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，并会用h ν＝E 2－E 1进行简单计算．3．能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型，可借助课本轨道示意图帮助学生很好的理解电子跃迁时的能态变化及原子发光机理．●教学地位本节内容是本章的重点，也是难点，玻尔理论的内容不易理解．介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出波尔理论的内容．这样讲，虽然理论上不够严谨，但简洁明了，学生容易接受．关于氢原子核外电子跃迁时辐射(或吸收)光子的问题，可根据不同层次的学生，选定难度．如对一般学生只要求计算能量差，层次较高的学生可以计算光子频率、波长等．玻尔理论的一个重要假设是原子能量的量子化，是人们认识原子结构的一个重要里程碑，它进一步说明微观世界中原子范围内的现象要用量子理论才能更好地解决．本节的重点是玻尔原子理论的基本假设，通过教学再次让学生体验科学家所进行的科学探究，领会科学方法和科学精神.●新课导入建议 问题导入按照经典电磁理论的说法，只要给原子提供一定的能量，原子就会由低能量状态跃迁到高能量状态．实际上对于某种元素的原子，只有吸收一些特定大小的能量原子才能从低能量状态向高能量状态跃迁，这是为什么呢？本节课的学习便能解决此问题．●教学流程设计课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能点)1.(1)玻尔理论的建立背景和观点 ①经典理论的困难a ．电子绕原子核做圆周运动辐射能量，电子绕核运行的轨道半径也要减小，电子应沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此．B ．随着电子绕核运转的能量越来越少，转动频率越来越高，辐射的能量(发光)频率应连续，但元素的特征光谱的存在无法解释．②玻尔的观点：玻尔接受普朗克和爱因斯坦的量子化思想，并将原子结构与光谱联系起来．于1913年提出了量子化的原子模型．(1)玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型．(×)(2)玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量．(√) (3)原子跃迁时吸收或辐射光子的能量必须是两能级之差．(√) 3．探究交流请详细阐述原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾．【提示】 电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是1.(1)能级：按照玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态．在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值叫做能级．(2)氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为E n ＝E 1n(n ＝1,2,3，…)；r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，式中E 1≈－13.6 eV ，r 1＝0.53×10－10 m.(3)在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态叫做基态．(4)电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做激发态． 2．思考判断(1)第m 个定态和第n 个定态的轨道半径r m 和r n 之比为r m ∶r n ＝m 2∶n 2.(√)(2)第m 个定态和第n 个定态的能量E m 和E n 之比为E m ∶E n ＝n 2∶m 2.(√)(3)当氢原子由能量为E 的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝E h.(×)3．探究交流玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？【提示】 当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量．因为电子的能级是不连续的，所以原子在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，发射的光频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光.1．玻尔原子模型的内容是什么？2．按玻尔理论，原子所处的能级是连续的吗？ 3．原子在不同能级间跃迁时一定吸收光子吗？ 1．轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值． 模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r 1＝0.053 nm ，其余可能的轨道半径还有0.212 nm 、0.477 nm 、…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．2．能量量子化与轨道量子化对应的能量不连续的现象．电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量形式称为能量量子化．3．跃迁原子从一种定态(设能量为E 2)跃迁到另一种定态(设能量为E 1)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 ν＝E 2－E 1(或E 1－E 2)．可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫做电子的跃迁．4．总而言之根据玻尔的原子理论假设，电子只能在某些可能的轨道上运动，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，处于定态．只有电子从一条轨道跃迁到另一条轨道上时才辐射能量，辐射的能量是一份一份的，等于这两个定态的能量差．这就是玻尔理论的主要内容．1．处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的．2原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小．玻尔在他的原子模型中所提出的假设有( )A．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量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)一定频率的光子能量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】由玻尔理论可知原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收或辐射一定频率的光子能量，原子的不同能量状态对应着电子不同运行轨道，所以A、B、C三项均正确．电子跃迁时辐射的光子频率由能级差决定，与电子绕核运动的频率无关，故D项错误．答案为A、B、C.【答案】ABC1．(xx·西安实验中学检测)关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是( )A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子的能量状态不可能是连续的C．原子的核外电子在轨道上运动时，要向外辐射能量D.原子的核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量【解析】原子的轨道是量子化的，其能量值也是量子化的；原子在某一状态时，电子的轨道是确定的，能量也是确定的，原子不向外辐射能量．1．原子的跃迁一定是从激发态向基态跃迁吗？2．原子跃迁过程可以吸收或辐射任意能量的光子吗？3．原子的跃迁只能发生在相邻的两个能级之间吗？1．能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝n n －＝C2n.22．光子的辐射与吸收由于原子的能级是一系列不连续的值，任意两个能级差也是不连续的，故原子辐射或吸收一些特定频率的光子．原子辐射光子后会从较高能级向较低能级跃迁；原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁．辐射或吸收光子的能量满足hν＝E m－E n(m＞n)，能级差越大，辐射或吸收光子的频率就越高．3．原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子向外辐射光子，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，原子吸收光子，原子能量增大．4．原子跃迁时需注意的两个问题(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．(2)注意直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同．实物粒子和原子碰撞时，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动能大于或等于原子某两定态能量之差，就可使原子受激发而向较高能级跃迁．有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，当它们跃迁时： (1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？【审题指导】 (1)本题中氢原子在n ＝3的定态，原子处于激发态，电子可能从n ＝3轨道向低轨道跃迁，向外以光子形式辐射能量，辐射的光子能量E ＝h ν，等于两定态能级的能量之差，可放出C 23种频率的光子．(2)由h ν＝ΔE 知λ＝hcΔE，波长最长的光子对应的ΔE 最小．【解析】 (1)由n ＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n 3→n 2→n 1或n 3→n 1，故能放出三种能量的光子．(2)上述三种跃迁辐射中，由n 3→n 2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长．由氢原子能级图知E 2＝－3.4 eV ，E 3＝－1.51 eV.h ν＝E 3－E 2，由ν＝c λ可得λ＝hc E 3－E 2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19 m ＝6.58×10－7m.【答案】 (1)3 (2)n 3→n 2的跃迁 6.58×10－7m一个氢原子与一群氢原子在能级分析中的差别1．如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n －1)．2．如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道，每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光条数N ＝n n －2.3．若知道每条光线的能量，可根据已知情况判定光线的波长或光线所在的区域．2．氢原子的n ＝1,2,3,4各个能级的能量如图2－3－1所示，一群氢原子由n ＝1的状态激发到n ＝4的状态，在它回到n ＝1的状态过程中( )图2－3－1A ．可能发出的能量不同的光子只有3种B ．可能发出6种不同频率的光子C ．可能发出的光子的最大能量是12.75 eVD ．可能发出的光子的最大能量是0.85 eV【解析】 由n ＝4能级回到n ＝1能级的过程中，可能发出的光子频率数n ＝－2＝6种，发出光子的最大能量为E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.6) eV ＝12.75 eV ，故B 、C 正确．子的轨道和能量根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时( ) A ．轨道半径之比为1∶4 B ．速度之比为4∶1 C ．周期之比为1∶8 D ．动能之比为4∶1【审题指导】 氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力充当向心力，根据圆周运动的知识结合牛顿第二定律求解．【规范解答】 由公式r n ＝n 2r ，所以轨道半径之比为r 1∶r 2＝12∶22＝1∶4，故A 对．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m v 2nr n，v n ＝ke 2mr n ，所以速度之比为v 1v 2＝r 2r 1＝2∶1，故B 错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m (2πT )2r n ，T ＝4π2mr 3n ke2， 所以周期之比为T 1T 2＝r 1r 23＝1∶8，故C 对．根据12mv 2n ＝12k e2r n，所以动能之比为E k1E k 2＝r 2r 1＝4∶1，故D 对． 【答案】 ACD在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看做轨道半径为r 的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有ke 2r 2＝m e v 2r，则1．电子运动速度为v ＝k e 2m e r .2．电子的动能为E k ＝12m e v 2＝ke22r .3．电子运动周期为T ＝2πr v ＝2πm e r 3ke 2.【备课资源】(教师用书独具)关于玻尔模型假设的补充教学玻尔作为卢瑟福的学生曾在卢瑟福实验室工作过四个月，并参加了α粒子散射的实验工作，对原子核式结构模型的正确性是坚信不疑的！为此他要设法找到一个根本性的修正办法，即一种新的理论，既能保留卢瑟福的原子核式结构模型，又能导出原子的稳定性并解释线状谱．在玻尔模型提出之前，物理学界的几件大事，对他很有启发．一是1900年德国物理学家普朗克为了解释黑体辐射实验，提出能量量子化概念，他认为物质中的原子和分子可看成某种能吸收和放射电磁辐射的“振子”，这种“振子”的能量不是连续变化的，而只能取一些分立值．二是1905年爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律，提出光量子假定，即可将电磁波看做是光子组成的．三是1885年瑞士物理学家巴耳末分析了可见光区的四条谱线，说明了原子光谱波长的分立特性．玻尔仔细地分析和研究了当时已知的大量光谱数据和经验公式，特别是受到了巴耳末公式的启示，很快写出了《原子结构和分子构造》的著名论文．论文把卢瑟福、普朗克、爱因斯坦的思想结合起来，克服了经典物理学解释原子稳定性的困难．玻尔在1922年接受诺贝尔奖所作的演讲中提到1913年他提出的两个假设．1．设想原子系统的可能运动状态中存在着所谓的“稳定态”，在这些状态中，粒子的运动虽然在很大程度上遵守经典物理学规律，但这些状态的独特稳定性不能用经典物理学来解释．原子系统的每个变化只能是从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态．2．与经典电磁理论相反，稳定原子不发生辐射，只有在两个稳定态之间跃迁才产生电磁辐射．辐射的特性由下面的关系来决定：h ν＝E m －E n式中h 是普朗克常量，E m 和E n 是原子在两个稳定态，即辐射过程中的始态和末态的能量值．反之，用这种频率的电磁波照射原子时，可引起吸收过程，使原子从后一稳定态跃迁回前一个稳定态．玻尔在这两条假设的基础上，解释了氢原子光谱的规律，并从理论上算出了里德伯常数的值，预言了氢的一些新谱线．玻尔理论的一个最重要的成果还在于建立了经典概念与量子概念之间的对应原理，对量子论和原子物理的发展有重大贡献.1．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( ) A ．它彻底否定了经典的电磁理论 B ．它发展了卢瑟福的核式结构学说 C ．它完全抛弃了经典的电磁理论 D ．它引入了普朗克的量子理论 【解析】 原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．【答案】 BD2．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是( ) A ．原子可以处于连续的能量状态中 B ．原子的能量状态不是连续的C ．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D ．原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的 【解析】 玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到了困难，引入量子化观念建立了新的原子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子不向外辐射能量，由此可知B 正确．【答案】 B3．(xx·福三中检测)根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指( )A ．电子的动能B ．电子的电势能C ．电子的动能与电势能之和D ．电子的动能、电势能和原子核能量之和【解析】 根据玻尔理论，电子绕核做圆周运动时，库仑力提供向心力，故电子的能量是指电子的总能量，包括动能和电势能，故C 正确．【答案】 C 4．(xx·东北师大附中检测)有一个处于量子数n ＝3的激发态中的氢原子在向低能级跃迁时，最多可能发出的光子个数为( )A ．1B ．2C ．3D ．无法确定【解析】 这里是一个氢原子，一种可能是从n ＝3跃迁到n ＝1，另一种可能是从n ＝3到n ＝2再到n ＝1，这两种可能中只有一种可能发生，故B 正确．【答案】 B5．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10m ，量子数为n 的能级值为E n ＝－13.6n2 eV.(1)求电子在基态轨道上运动时的动能．(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态．画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．(其中静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，电子电量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c ＝3.0×108m/s)【解析】 (1)设电子的质量为m ，电子在基态轨道上的速率为v 1，根据牛顿第二定律和库仑定律有m v 21r 1＝ke 2r 21，所以E k ＝12mv 21＝ke 22r 1＝9.0×109－1922×0.528×10－10J ＝2.18×10－18J ＝13.6 eV.(2)当氢原子从量子数n ＝3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示．(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E 3－E 1.λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3×108[－1.5－－－19 m＝1.03×10－7m.【答案】 (1)13.6 eV (2)见解析(3)1.03×10－7m2019-2020年高中物理 第2章 原子结构 2.4 氢原子光谱与能级结构教案鲁科版选修3-5三维教学目标 1、知识与技能（1）了解光谱的定义和分类；（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； （3）了解经典原子理论的困难。
玻尔的原子模型能级物理教案
玻尔的原子模型能级物理教案目标class=Normal vAlign=top colSpan=31．知道玻尔理论，并能用以对氢原子进行解释、计算2．初步建立量子化模型，了解现代物理思想3．加强自学能力培养，进行科学思想教育class=Normal vAlign=top width=39教学重点class=Normal vAlign=top colSpan=3玻尔理论对氢原子的解释class=Normal vAlign=top width=39教学难点class=Normal vAlign=top colSpan=3玻尔理论及量子化模型建立class=Normal vAlign=top width=39教学方法class=Normal vAlign=top colSpan=3教师讲解、学生自学、计算机模拟class=Normal vAlign=top width=39教学设想class=Normal vAlign=top colSpan=3初步建立量子化模型，了解现代物理思想，使学生在掌握知识的同时，进行自学能力培养和近代科学思想教育class=Normal vAlign=top width=39教具class=Normal vAlign=top colSpan=3投影仪、计算机、挂图class=Normal vAlign=top width=39 rowSpan=4教学过程class=Normal vAlign=top width=321 rowSpan=2一、玻尔的原子模型1．模型建立背景（卢瑟福的核式结构遇到障碍）2．三点假设a.定态假设：原子只能处于一系列不连续能量状态，在这些状态时原子稳定，不辐射能量b.跃迁假设：原子从一个定态跃迁到另一个定态，吸收或放出光子能量由两定态能量差决定c. 轨道量子化假设：原子不同能量状态与电子不同的绕核圆形轨道相对应,轨道不连续。
class=Normal vAlign=top width=72class=Normal vAlign=top width=37时间class=Normal vAlign=top width=72简单讲述模型建立背景后，学生自学（阅读）玻尔理论的假设以量子理论的不连续性对比传统理论的连续性对学生进行思想教育以能量观点解释跃迁近代电子云理论class=Normal vAlign=top width=3710分class=Normal vAlign=top width=321二、玻尔的氢原子模型1、氢原子半径及能量关系,n =0 , 1, 2 , 3 。
2020-2021学年高中物理 第二章 原子结构 4 玻尔的原子模型 能级教案 教科版选修3-5
第4节玻尔的原子模型教学内容高二物理《玻尔的原子模型》三维目标1．知识与技能（1）了解玻尔原子结构假说的主要内容。
知道轨道量子化、能级、能量量子化以及基态、激发态的概念；知道原子跃迁的频率条件。
（2）了解玻尔理论对氢光谱的解释。
（3）了解玻尔模型的局限性。
2．过程与方法学生通过对玻尔理论的学习，探索经典物理学无法解释的两个问题的答案。
3．情感、态度与价值观培养学生对科学的探究精神，让学生养成敢于提出问题，勇于探索答案的科学习惯。
教学重点玻尔的原子结构假说的两个内容：（1）轨道量子化与定态；（2）频率条件。
教学难点1．原子的能量包括哪些；原子能量、动能、势能的变化。
2．玻尔理论对氢光谱的解释。
教学方法教师引导、讲解，学生讨论、交流。
教学过程一、引入汤姆孙发现电子：原子是可分割的―→汤姆孙的“西瓜模型”或“枣糕模型” ―→卢瑟福α粒子散射实验：否定了汤姆孙的原子模型―→提出原子核式结构模型―→经典物理学无法解释：① 原子的稳定结构；② 原子光谱的分立特征。
二、玻尔原子结构假说的内容1．轨道量子化与定态（1）电子的轨道是量子化的，必须满足：12r n r n =（n=1，2，3……）电子在这些轨道上绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射，所以原子是稳定的。
电子的轨道半径只可能取某些分立的数值。
如氢原子：r 1=0.053nm ，r 2=0.212nm ，r 3=0.477nm ……轨道半径不可能介于这些数值中间的某个值。
请举例说明物体的位置可以是不连续的？①人在楼梯走动时脚停留的位置；②棋盘上棋子的摆放位置。
电子绕核运动轨道与卫星的运动轨道是不一样的。
卫星绕地球转动的轨道半径可按需要去任意值，轨道半径是连续的。
（2）定态在不同轨道上运动，原子的状态是不同的，原子有不同的能量。
轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，满足：121E n E n =（n=1，2，3……） 问题：原子的能量包括哪些？① 电子绕核运动的动能；r e k 222= mr ke v 2= ② 电子——原子核这个系统具有的势能。
高中物理《玻尔的原子模型》优质课教案、教学设计
《玻尔原子模型》教学设计，进行新课 回顾科学家们对原子结构的探索过程汤姆孙发现电子 → 否定原子不可分割 → 建立西瓜模型→ 不能解释 α 粒子散射实验 → 否定原子不可分割 → 建立卢瑟福核式结构模型 → 两个困难 不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征 → 否定卢瑟福核式结构模型 → 建立新的原子理论玻尔在普朗克的量子化和爱因斯坦的光子说的基础上,提出了自己的原子模型,主要是轨道量子化假说,能量量子化假说,能级跃迁假说.1、玻尔的原子理论（1） 能级（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。
（本假设是针对原子稳定性提出的） （2） 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。
（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）2.玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条 可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：轨道半径： r =n 2r n=1，2，3…… n 1能 量 ： E = 1E n=1，2，3…… n n21 式中 r 1、E 1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，r n 、E n 分别代表第 n 条可能轨道的半径和电子在第 n 条轨道上运动时的能量，n 是正整数，叫量子数。
（3）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为 E n ）跃迁到另一种 定态（设能量为 E m ）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 ν =E m - E n （h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）3、氢原子的能级图思考老师提出的问题。
在老师的引导思考回答问题。
思考学过的知识。
分组讨论得出通过分析、讨论、归纳，思考学过的知识。
2019_2020学年高中物理第2章4玻尔的原子模型能级课件教科版选修3_5
【例 2】 (多选)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态 的氢原子，观测到了一定数目的光谱线．调高电子的能量再次进行 观测，发现光谱线的数目比原来增加了 5 条．用 Δn 表示两次观测中 最高激发态的量子数 n 之差，E 表示调高后电子的能量．根据氢原 子的能级图(如图所示)可以判断，Δn 和 E 的可能值为( )
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分析原子跃迁时需注意的几个问题 (1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，在某 段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情 况中的一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外 电子跃迁时就会有各种情况出现．
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(2)注意直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一 种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种 情况辐射或吸收光子的频率不同．
(1)能级图中 n 称为量子数，E1 代表氢原子的基态能量，即量子 数 n＝1 时对应的能量，其值为－13.6 eV.En 代表电子在第 n 个轨道 上运动时的能量．
(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能 级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头 表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1 是原子的 基态，n→∞是原子电离时对应的状态．
(1)玻尔的原子结构理论认为电子的轨道是量子化的． (√ )
(2)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的
能量态．
(√ )
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(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．
(× )
(4)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因．
(√ )
(5) 玻 尔 理 论 能 很 好 地 解 释 氢 光 谱 为 什 么 是 一 些 分 立 的 亮 线 ．
高三物理教案《玻尔的原子模型 能级》
玻尔的原子模型能级（两课时）教学目标1．知识目标1)理解玻尔关于轨道量子化的概念,充分认识玻尔关于轨道半径不可能取任意值的论断．2)理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系．3)知道原子光谱为什么是一些分立的值．知道原子光谱的一些应用．2．能力目标。
介绍物理学史,培养科学探索的精神.3. 德育目标探索精神.重点难点分析：玻尔理论是本节课重点；对原子发光现象解释是本节难点．教学设计思路：玻尔理论建立在三个假设的基础上，它对氢原子电磁辐射的成功解释和预言，是以两个假设为前提的必然结果．学习时，要在理解玻尔关于轨道量子化概念的基础上，经推理得到能量量子化的概念，在掌握能级等概念的前提下，运用能的转化和能量守恒定律理解跃迁规律，从而掌握原子光谱的特征．教学媒体:挂图(或投影片)，分光镜，课件等教学过程：（一）引入新课同学们知道原子的结构吗?初中我们曾经学过的原子结构是由英国物理学家卢瑟福依据他的实验结果提出来的，我们称之为核式结构．你对该结构产生过怀疑吗?按卢瑟福的原子模型，电子在绕核高速旋转，其运动情况类似振荡电荷．按经典电磁理论，振荡电荷要以电磁波的形式不断向外辐射能量．损失能量后的电子轨道半径将逐渐减小，最终将落在原子核中．这一过程中，由于轨道半径是连续变化的，振荡频率也是连续变化的，向外辐射的能量也应是连续的(发出的光谱是连续的)．然而，事实并非如此．我们知道大多数原子是稳定的，在通常情况下是不发射电磁波的．即使在某些状态下发射电磁波，其频率也不是连续的，而是具有某些分立的确定的数值．问题出在何处?是电磁理论错了?还是原子模型建立的不对?或是其他什么原因?面对上述困难，丹麦物理学家玻尔经过认真研究于1913年提出了他自己的原子结构模型.（二）新课活动一、玻尔模型玻尔原子理论玻尔把量子观念引入原子理论中，这是一个创举．根据玻尔的假设，电子只能在某些可能的轨道上运动，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，处于定态，只有电子从一条轨道跃迁到另一条轨道上时才辐射能量．辐射的能量是一份一份的，等于这两个定态的能量差．这些就是玻尔理论的主要内容．1、模型中保留了卢瑟福的核式结构．但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r 1＝0．53nm ，其余可能的轨道半径还有 2.120nm 、4.770nm 、…不可能出现介于这些轨道之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．2、电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．这些定态下的能量值叫能级，原子每一个可能的状态都对应着一个能级．二、 能级1、能级：原子在定态下的能量值．2、基态与激发态若要使原子电离，需靠外界对原子做功，以使电子摆脱它与原子核之间的库仑力，所以原子电离后的能量比它处在各状态时的能量要高．若此时的能量规定为0，则其他状态的能量均为负值．能量最低的状态叫做基态，其他状态都叫激发态．由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量形式称为能量量子化．能量最低的状态叫基态(E 1)，其他状态叫激发态(E 2、E 3、E 4……)三、 光子的发射和吸收原子处在能量最低的基态时，最为稳定．原子处在较高能级的激发态时会自发地向较低能级跃迁．它可能经过一次或几次跃迁，最后到达基态(教材第52页氢原子能级图)．在跃迁进程中，能量的减少以光子的形式放出．光子的能量遵从：12EE h -=ν 反之，原子吸收相应光子的能量后，会从低能级向高能级跃迁．四、 原子光谱1、光谱按一定次序排列的彩色光带.⑴发射光谱:由发光物体直接产生的光谱叫做发射光谱。
2020-2021学年高中物理 第二章 原子结构 4 玻尔的原子模型 能级教案1 教科版选修3-5
玻尔的原子模型能级【教学目标】一、知识与技能1．了解玻尔原子理论的主要内容。
2．了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。
二、过程与方法通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生。
三、情感、态度与价值观培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。
【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。
【教学方法】教师启发、引导，学生讨论、交流。
【教学用具】投影片，多媒体辅助教学设备，课件【教学课时】1课时【教学过程】复习导入：回顾科学家对原子结构的认识史汤姆孙发现电子→否定原子不可再分→建立汤姆孙的枣糕模型→α粒子散射实验→否定汤姆孙的枣糕模型→建立卢瑟福的核式结构模型→原子稳定性光谱实验→完善卢瑟福的核式结构模型→？？？为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。
进行新课一、玻尔的原子理论（三个重要假设）1．能级（定态）假设：（本假设针对线状谱提出）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．跃迁假设：（本假设是针对原子稳定性提出的）原子从一种定态（设能量为E n ）跃迁到另一种定态（设能量为E m ）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 n m E E h -=ν（h 为普朗克常量）3．轨道量子化假设：（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）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。
二、用玻尔的原子理论解释氢光谱1．玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：轨道半径：12r n r n = n =1，2，3……r 1=0.53×10-10m ，r 2=0.2.2×10-9m能 量： 121E n E n = n =1，2，3…… E 1= -13.6eV ，E 2= -3.4eV式中r 1、E 1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，r n 、E n 分别代表第n 条可能轨道的半径和电子在第n 条轨道上运动时的能量，n 是正整数，叫量子数。
高中物理玻尔理论教案
高中物理玻尔理论教案
学科：物理
年级：高中
课时：1
教学目标：
1.了解波尔理论的基本概念和内容；
2.掌握波尔理论中的原子结构和能级的基本原理；
3.能够运用波尔理论解释原子的光谱和能级跃迁；
4.培养学生分析问题和解决问题的能力。
教学重点：
1.波尔理论的基本概念和内容；
2.原子的光谱和能级的解释；
3.能级跃迁的原理。
教学难点：
1.能级跃迁的解释；
2.原子光谱的应用。
教学准备：
1.教材：《物理课本》；
2.多媒体教学设备。
教学过程：
一、导入（5分钟）
教师引入波尔理论的基本概念和历史背景，激发学生对波尔理论的兴趣。
二、讲解波尔理论（15分钟）
1.波尔理论的提出和基本内容；
2.原子结构的描述；
3.能级和量子数的概念。
三、应用波尔理论分析问题（15分钟）
1.波尔理论解释原子的光谱；
2.能级跃迁的过程；
3.量子数的物理意义。
四、课堂练习（10分钟）
学生进行波尔理论相关的练习，加深对波尔理论的理解和掌握。
五、总结与拓展（5分钟）
教师总结本节课的内容，提出问题，引导学生思考波尔理论的应用和拓展。
作业：完成相关习题；查阅资料，了解波尔理论的实验验证。
教学反思：
通过本节课的教学，学生可以了解波尔理论的基本概念和内容，掌握波尔理论的原子结构和能级的基本原理，培养学生分析问题和解决问题的能力。
同时，注重培养学生的实践能力和思考能力，促进学生对物理知识的理解和运用。
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第4节 玻尔的原子模型__能级(对应学生用书页码P26)一、波尔的原子结构理论(1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，当电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。
(2)当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，其光子的能量hν＝E n －E m ，其中E n 、E m 分别是原子的高能级和低能级。
(3)以上两点说明玻尔的原子结构模型主要是指轨道量子化和能量量子化。
[特别提醒] “跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一种能量状态的瞬间过渡。
二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱1．玻尔的氢原子能级公式E n ＝E 1n2(n ＝1,2,3，…)，其中E 1＝－13.6 eV ，称基态。
2．玻尔的氢原子中电子轨道半径公式r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1＝0.53×10－10 m 。
3．玻尔理论对氢光谱解释按照玻尔理论，从理论上求出里德伯常量R H 的值，且与实验符合得很好。
同样，玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系。
三、玻尔原子结构理论的意义1．玻尔理论的成功之处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，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
2．玻尔理论的局限性不能说明谱线的强度和偏振情况；不能解释有两个以上电子的原子的复杂光谱。
1．判断：(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。
( )(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。
( )(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。
( )(4)玻尔理论只能解释氢光谱的巴尔末系。
( )答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)×2．思考：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上。
②带负电的电子在核外运转。
(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。
玻尔模型：轨道r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的。
(对应学生用书页码P26)对玻尔理论的理解1.轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。
氢原子各条可能轨道上的半径r n ＝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。
其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。
这样的轨道形式称为轨道量子化。
2．能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。
这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫做激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式E n＝1n2E1(n＝1,2,3…)其中E1代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E1＝－13.6 eV。
n是正整数，称为量子数。
量子数n越大，表示能级越高。
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
3．跃迁原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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，高能级E m 发射光子hν＝E m－E n吸收光子hν＝ E m－E n低能级E n。
可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。
玻尔将这种现象叫做电子的跃迁。
(1)原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁。
(2)如果入射光的能量E≥13.6 eV，原子也能吸收，则原子电离。
1．对于基态氢原子，下列说法中正确的是( )A ．它能吸收10.2 eV 的光子B ．它能吸收11 eV 的光子C ．它能吸收14 eV 的光子D ．它能吸收具有11 eV 动能的电子的部分动能解析：选ACD 由E n ＝E 1n2知，氢原子从基态跃迁到n ＝2、3、4、5，ΔE 1＝10.2 eV ，ΔE 2＝12.09 eV ，ΔE 3＝12.75 eV ，ΔE 4＝13.06 eV ，因此，它能吸收10.2 eV 的光子发生跃迁，A 正确；它能吸收14 eV 的光子使其电离，C 正确；电子可以通过碰撞使其部分能量被原子吸收，D 正确。
氢原子能级图及能级跃迁问题1.能级图图2412．氢原子能级跃迁规律跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)。
3．氢原子能级跃迁的可能情况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，因此处于n 能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能的值为C n 2即n n －12种可能情况。
4．实物粒子的碰撞使氢原子发生跃迁实物粒子与氢原子碰撞时，实物粒子的动能可以全部或部分地被氢原子吸收，因此只要实物粒子的能量大于等于两个能级的能级差，均可能使原子从低能级向高能级跃迁。
5．氢原子不同状态的电离能从某一状态跃迁到n ＝∞时所需吸收的能量。
其数值等于各定态时的能级值的绝对值。
如基态氢原子的电离能是13.6 eV ，氢原子第一激发态(n ＝2)的电离能为3.4 eV 。
6．氢原子能级跃迁时的能量变化情况当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p 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。
一个氢原子从某一轨道向另一轨道跃迁时，可能的情况只有一种，但大量的氢原子就会出现多种情况。
2．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量E n ＝E 1/n 2，其中n ＝2,3…。
用h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速。
能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )A ．－4hc 3E 1B ．－2hc E 1C ．－4hc E 1D ．－9hcE 1 解析：选C 从n ＝2跃迁到∞，hc λ＝E ∞－E 2＝－E 14， 所以λ＝－4hc E 1。
(对应学生用书页码P27)对玻尔原子结构理论的理解[例1] 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学说的提出，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。
电子跃迁辐射的能量为hν＝E n －E m 与电子绕核做的圆周运动无关，故D 错。
故A 、B 、C 选项正确。
[答案] ABC氢原子的能级跃迁与电离[例2] (n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm 。
以下判断正确的是________。
(双选，填正确答案标号)图242A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级[解析] 由于n＝3与n＝2间的能量差为－1.51－(－3.4)＝1.89 eV，而n＝1与n＝2间的能量差为－3.4－(－13.6)＝10.2 eV，根据ΔE＝hν＝h cλ可知，氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时辐射的波长λ＝121.6 nm小于656 nm，A错误；同样从n＝1跃迁至n＝2能级需要的光子的波长也恰好为121.6 nm，B错误；一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时可能会出现3种可能，因此会放出3种不同频率的光子，C正确；电子发生跃迁时，吸收或放出的能量一定等于这两个能级间的能量差，为一特定值，大于或小于这个特定的值都不能使之发生跃迁。
因此D正确。
[答案] CD所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0，所以要使处于基态的原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E1＝13.6 eV。
(对应学生用书页码P28) 1．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有( )A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的解析：选BC 汤姆孙发现电子后猜想原子是枣糕式结构模型，即正电荷均匀地分布在原子内，电子就像枣糕一样镶嵌在原子内，A错误；α粒子散射实验结果是卢瑟福建立原子核式结构模型的依据，B正确；对原子光谱的研究，使人们认识了原子结构的特点，C正确；玻尔原子理论只能解释氢原子光谱，不能解释复杂的原子光谱，只能说明玻尔理论的局限性，它在一定范围内是正确的，D 错误。
2．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的是( )A ．它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B ．它发展了卢瑟福的核式结构学说C ．它完全抛弃了经典的电磁理论D ．它引入了普朗克的量子理论解析：选BD 玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A 错，B 正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多的引入经典力学所困，故C 错，D 正确。
3.如图243所示为氢原子的四个能级，其中E 1为基态，若氢原子A 处于激发态E 2，氢原子B 处于激发态E 3，则下列说法正确的是( )图243A ．原子A 可能辐射出3种频率的光子B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级E 4解析：选B 原子A 处于激发态E 2，因此其辐射光子频率数目只能有1种，A 错，原子B 处于n ＝3的能级C n 2＝3种，B 正确。
由氢原子能级的量子性及吸收光子必须满足hν＝E m －E n ，可知C 、D 错。