玻尔的原子结构模型
玻尔模型是如何解释原子结构的
玻尔模型是如何解释原子结构的在探索物质的微观世界中，原子结构一直是科学家们努力研究的重要课题。
而玻尔模型的提出，为我们理解原子结构提供了关键的理论框架。
要理解玻尔模型如何解释原子结构，首先得明白在此之前人们对原子的认识。
最初，人们认为原子就像一个实心的小球，内部结构无从知晓。
随着科学技术的发展，人们发现原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。
但新的问题来了，电子围绕原子核运动的方式究竟是怎样的呢？这时，玻尔模型登场了。
玻尔模型的核心观点是，电子在原子中的运动并不是随意的，而是处于一系列特定的、稳定的轨道上。
这些轨道就像是一条条特定的“高速公路”，电子只能在这些“高速公路”上运行，而不能处于轨道之间的空间。
而且，每个轨道都对应着一个特定的能量值。
当电子处于不同的轨道时，原子就具有不同的能量状态。
为什么电子会这样运动呢？玻尔提出了一个重要的概念——定态。
定态意味着电子在这些特定轨道上运动时，不会向外辐射能量，因此能够保持稳定。
这与经典物理学中加速运动的电荷会辐射能量的观点截然不同。
当电子从一个能量较高的轨道跃迁到一个能量较低的轨道时，就会释放出一定频率的光子，其能量等于两个轨道之间的能量差。
反过来，如果电子吸收了特定频率的光子，就能够从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道。
举个例子，当我们给一个原子提供适当频率的光时，电子会吸收光子的能量，跃迁到更高的轨道；而当电子自发地从高能轨道回到低能轨道时，就会放出特定频率的光。
这也就解释了为什么原子会发出特定频率的光谱线。
玻尔模型还成功地解释了氢原子的光谱。
在实验中，我们可以观察到氢原子发出的一系列不连续的光谱线。
而玻尔模型通过计算不同轨道之间的能量差，得出的结果与实验观测到的氢原子光谱频率完美吻合。
然而，玻尔模型并不是完美无缺的。
它虽然能够很好地解释氢原子这样的简单原子结构，但对于更复杂的原子，其解释能力就显得有些不足。
比如，玻尔模型无法解释电子在轨道上的运动细节，也不能解释为什么电子会选择特定的轨道。
波尔原子结构模型
波尔原子结构模型是玻尔于1913年提出的模型。
波尔原子结构模型的基本假设为：
•原子系统只能存在于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子绕核作加速运动而不辐射能量，这种状态称为原子系统的稳定状态（定态），反之，当原子在较低能量En的稳定状态时，吸收了一个频率为n的光子能量就可跃迁到较大能量Em的稳定状态。
•原子系统的稳定状态是不连续的，因此原子能级也是不连续的，这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是稳定的，不向外辐射能量。
•原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量等于两个定态的能量差，即hv=Em-En。
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_。
玻尔模型
玻尔模型(Bohr model)玻尔模型是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于氢原子结构的模型。
玻尔模型引入量子化的概念，使用经典力学研究原子内电子的运动，很好地解释了氢原子光谱和元素周期表，取得了巨大的成功。
玻尔模型是20世纪初期物理学取得的重要成就，对原子物理学产生了深远的影响。
玻尔模型的提出丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（1885—1962）20世纪初期，德国物理学家普朗克为解释黑体辐射现象，提出了量子论，揭开了量子物理学的序幕。
19世纪末，瑞士数学教师巴耳末将氢原子的谱线表示成巴耳末公式，瑞典物理学家里德伯总结出更为普遍的光谱线公式里德伯公式：其中λ为氢原子光谱波长，R为里德伯常数。
然而巴耳末公式和式里德伯公式都是经验公式，人们并不了解它们的物理含义。
1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。
在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。
但是根据经典电磁理论，这样的电子会发射出电磁辐射，损失能量，以至瞬间坍缩到原子核里。
这与实际情况不符，卢瑟福无法解释这个矛盾。
1912年，正在英国曼彻斯特大学工作的玻尔将一份被后人称作《卢瑟福备忘录》的论文提纲提交给他的导师卢瑟福。
在这份提纲中，玻尔在行星模型的基础上引入了普朗克的量子概念，认为原子中的电子处在一系列分立的稳态上。
回到丹麦后玻尔急于将这些思想整理成论文，可是进展不大。
1913年2月4日前后的某一天，玻尔的同事汉森拜访他，提到了1885年瑞士数学教师巴耳末的工作以及巴耳末公式，玻尔顿时受到启发。
后来他回忆到“就在我看到巴耳末公式的那一瞬间，突然一切都清楚了，”“就像是七巧板游戏中的最后一块。
”这件事被称为玻尔的“二月转变”。
1913年7月、9月、11月，经由卢瑟福推荐，《哲学杂志》接连刊载了玻尔的三篇论文，标志着玻尔模型正式提出。
这三篇论文成为物理学史上的经典，被称为玻尔模型的“三部曲”。
高中物理第十八章原子结构4玻尔的原子模型素材选修3-5讲解
4玻尔的原子模型简介玻尔出生在哥本哈根的一个教授家庭，1911年获哥本哈根大学博士学位。
1912年3-7月曾在卢瑟福的实验室进修，在这期间孕育了他的原子理论。
玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难，假定原子只能通过分立的能量子来改变它的能量，即原子只能处在分立的定态之中，而且最低的定态就是原子的正常态。
接着他在友人汉森的启发下从光谱线的组合定律达到定态跃迁的概念，他在1913年7、9和11月发表了长篇论文《论原子构造和分子构造》的三个部分。
提出简史20世纪初期，德国物理学家普朗克为解释黑体辐射现象，提出了量子论，揭开了量子物理学的序幕。
19世纪末，瑞士数学教师巴耳末将氢原子的谱线表示成巴耳末公式，瑞典物理学家里德伯总结出更为普遍的光谱线公式里德伯公式。
然而巴耳末公式和里德伯公式都是经验公式，人们并不了解它们的物理含义。
1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。
在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。
但是根据经典电磁理论，这样的电子会发射出电磁辐射，损失能量，以至瞬间坍缩到原子核里。
这与实际情况不符，卢瑟福无法解释这个矛盾。
1912年，正在英国曼彻斯特大学工作的玻尔将一份被后人称作《卢瑟福备忘录》的论文提纲提交给他的导师卢瑟福。
在这份提纲中，玻尔在行星模型的基础上引入了普朗克的量子概念，认为原子中的电子处在一系列分立的稳态上。
回到丹麦后玻尔急于将这些思想整理成论文，可是进展不大。
1913年2月4日前后的某一天，玻尔的同事汉森拜访他，提到了1885年瑞士数学教师巴耳末的工作以及巴耳末公式，玻尔顿时受到启发。
后来他回忆到“就在我看到巴耳末公式的那一瞬间，突然一切都清楚了，”“就像是七巧板游戏中的最后一块。
”这件事被称为玻尔的“二月转变”。
1913年7月、9月、11月，经由卢瑟福推荐，《哲学杂志》接连刊载了玻尔的三篇论文，标志着玻尔模型正式提出。
18.4玻尔的原子模型
∞ 6 5 4 3 2
1 基态
0 eV
-0.54eV -0.85eV -1.51eV
-3.4eV
激发态
-13.6eV
二、氢原子的能级结构
4、原子发光现象：原子 从较高的激发态向较低的 激发态或态跃迁的过程， 是辐射能量的过程，这个 能量以光子的形式辐射出 去，这就是原子发光现象。 不同的能量，发射的光频 率也不同，我们就能观察 到不同颜色的光。
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 的电磁波的问题，但是也有它的局限性．
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“粒子、 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．
氦原子光谱
拓展与提高
原子结构的认识史
汤姆孙发现怎电子样观修否定改玻原尔子模不可型割 ？
注意区分：处于n=4能级的一个氢原子和一群氢原子最多释放几种
1、一个氢原子跃迁发出可能
的光谱条数最多：n 1
n
E eV
2、一群氢原子跃迁发出可能 ４
-0.85
的光谱条数最多：
３
-1.51
C
2 n
=
n(n 1) 2
２
-3.4
C42 6
１
-13.6
三、玻尔理论对氢光谱的解释
阅读教材P58-P59，小组讨论回答以下几个问题
轨道上运动时的能量公式：
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。
En
e2 -k
rn
1 2
mvn2
-
1 2
k
e2 rn
2 2k 2me 4 E1
玻尔的原子模型
通过多种实验手段验证了玻尔模型的正确性，进一步巩固 了其在物理学界的地位。
要点二
详细描述
除了氢原子光谱实验外，科学家们还通过其他多种实验手 段验证了玻尔模型的正确性。例如，通过测量原子的半径 、电子的轨道半径等物理量，并与玻尔模型的预测值进行 比较，发现实验结果与理论值相符合。这些实验验证进一 步巩固了玻尔模型在物理学界的地位，使其成为研究原子 结构和性质的重要理论框架。
05 玻尔模型的影响与后续发 展
对后世物理学家的启示
玻尔的原子模型为后续的物理学家提 供了研究原子结构的框架，为后续的 理论研究和实验验证奠定了基础。
玻尔模型强调了量子化概念在原子结 构中的作用，启发了后续物理学家对 量子力学的探索和发展。
对量子力学发展的影响
玻尔的原子模型是量子力学发展史上 的重要里程碑，为量子力学的发展提 供了重要的启示和基础。
玻尔模型的成功使得越来越多的物理 学家开始关注量子力学，进一步推动 了量子力学的发展和完善。
后续的原子模型研究
在玻尔模型之后，物理学家们不断改进和完善原子模型，提 出了各种不同的原子模型，如电子云模型、量子点模型等。
后续的原子模型研究进一步揭示了原子结构和性质的本质， 为材料科学、化学等领域的发展提供了重要的理论支持。
玻尔还提出了"定态"和"跃迁"的概念， 解释了原子光谱线的产生原因。
对现代科学的意义
玻尔的原子模型是现代量子力 学和原子物理学的基石之一， 为后续的理论和实验研究奠定
了基础。
该模型不仅解释了当时已知的 许多实验现象，还预测了一些 新的实验结果，如氢原子光谱
线的分裂和偏移。
玻尔的原子模型激发了科学家 们对原子结构和行为的研究兴 趣，推动了物理学和其他学科 的发展。
高二下学期物理人教版选修3-5第十八章第四节玻尔的原子模型 课件
2．实际上，原子中的电子的坐标没有确定的值。因此，我 们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多 少，而不能把电子的运动看做一个具有确定坐标的质点的轨 道运动。
3．当原子处于不同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子表示电子在各个位置出现的概率， 画出图来就像云雾一样，可以形象地把它称做电子云，如图 所示，是氢原子处于n=1的状态时的电子云示意图和氢原子 处于n=2的状态时的电子云示意图
3.关于玻尔的氢原子模型，下列说法正确的是（ B ） A.按照玻尔的观点，电子在一系列定态轨道上运动时向外辐射 电磁波
B.电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁 到高能级
C.一群电子从能量较高的定态轨道跃迁到基态时，只能放出一 种频率的光子
D.玻尔的氢原子模型彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷， 原子结构从此不再神秘
7.为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入 人员进行体温检测。红外测温仪的原理是：被测物体辐射的 光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号。图为氢原子能 级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要 使氢原子辐射出的光子可被红外测温
仪捕捉，最少应给处于n=2激发态的
氢原子提供的能量为（ C ）
（2）一个处于基态且动能为Ek0的氢原子与另一个处于基态且 静止的氢原子进行对心碰撞。若要使其中一个氢原子从基态跃
迁到激发态，则Ek0至少为多少？
解：（2）设氢原子质量为m，初速度为v0，氢原子相互作用后 速度分别为v1和v2，相互作用过程中机械能减小量为ΔE
由动量守恒定律得： mv 0 mv1 mv2
A.10.20eV
B.2.89eV
C.2.55eV
D.1.89eV
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二.玻尔理论对氢光谱的解释
（巴尔末系）
Hδ
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
Hγ
Hβ
Hα
1 R( 1 1 ) n 3, 4,5,... 22 n2 巴耳末公式 R=1.10107m1 里德伯常量
根据：E=hv，λ=c/v
又Eδ =1.89eV= 3.03 ×10-19J
rn n 2 r1
氢 原 子
En
1 n2
E1
能
(E1 13.6eV )
级
n 1,2,3
二、玻尔理论对氢光谱的解释
氢
原
子
的激
能
发 态
级
图
（
n
E/eV
∞－－－－－－－－－－－－－－－－－ 0 eV
５
-0.54
４ ３
２
巴
帕 邢 系
布 喇 开 系
普 丰 德 系
-0.85 -1.51
-3.4
事 实
e
v
F
r + e
e
e +
经 由于电子轨道的变 典 化是连续的，辐射 理 电磁波的频率等于 论 绕核运动的频率, 认 连续变化,原子光 为 谱应该是连续光谱
事 原子光谱是不 实 连续的线状谱
•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
针对原子核式结构模型提出
原子在不同的轨道上 运动时，原子处于不同 的状态．玻尔指出，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
针对原子的稳定性提出
v
m
r
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）
激发态：其他的状态
５ ４
３
量
２
光谱
量子力学 理论
学以致用
[例1]
学以致用
练习：对玻尔理论的下列说法中，正确的是 （ ACD ）
A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能 量和电子轨道引入了量子化假设
B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的 电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同
C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率 与原子能量变化之间的定量关系
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“粒子、 轨道”等经典概念和 有关牛顿力学规律
量子化条件的
除了氢原子光谱外，在解决其引 的进 理没 论有 解适 释当 。
他问题上遇到了很大的困难． 氦原子光谱
拓展与提高
原子结构的认识史
汤姆孙发现怎电子样观修否定改玻原尔子模不可型割 ？
察
建建立 立
耳
末
系
演 基态
示１
）
赖曼系
-13.6
问题1：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？
巴尔末公式：
1R λ
1 22
1 n2
n=
氢 原
n=5
子 n=4
能 级
n=3
跃
迁 与
n=2
巴 耳
光 谱
末
图
系
n=1
n 3，4,5,
0 -0.54 eV -0.85 eV -1.51 eV -3.40 eV
ＥＥＥ３４５
激发态
Ｅ２
3
2v
1
m
r
子
数 １
Ｅ１
——基态
能级图
轨道图
光子的发射和吸收
基
吸收光子 （电子克服库仑引力做功增大电势能，
原子的能量增加）
激
态
跃迁
发
辐射光子
（电子所受库仑力做正功减小电势能，
ห้องสมุดไป่ตู้
态
原子的能量减少）
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，
问题1：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？
问题2：气体导电发光机理是什么？ 问题3：试解释原子光谱为什么是线状光谱？ 问题4：不同元素的原子为什么具有不同的特
征谱线？
三、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 的电磁波的问题，但是也有它的局限性．
所以， λ δ=hc/ Eδ = 6.63×10-34 ×3.0 ×10-8 / 3.03 ×10-19J
= 6.57 ×10-7(m)
二.玻尔理论对氢光谱的解释
Hδ
Hγ
巴尔末 系氢吸 收光谱
n=1 n=2 n=3 n=4
n=5 n=6
Hβ
Hα
二、玻尔理论对氢光谱的解释
阅读教材P58-P59，小组讨论回答以下几个问题
汤姆孙的西 瓜模型
思想：必与须彻底放弃经典概念？科出现矛盾
α 粒关子键散射：实验用实验电子否定云概念汤 瓜姆 模取孙 型代的西经典的建立学 模 型轨道概卢式念瑟结福构的模核型
所
提出现矛盾
获
得 原子稳定性事实 否定
氢光谱实验
的
卢瑟福的核 式结构模型
出 建科立
?玻尔模型
学出现矛盾
事
假
实 复杂（氦）电原子在某处否单定位体积内出玻现尔的模概型率——电建子立说云
D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利 用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的
18.4《玻尔的原子模型》
回顾科学家对原子结构的认识史
汤姆孙发现电子
否定
原子不可割
建立
汤姆孙的西 瓜模型
出现矛盾
α 粒子散射实验
否定
原子稳定性事实 氢光谱实验
否定
汤姆孙的西 瓜模型
卢瑟福的核 式结构模型
建立
卢瑟福的核 式结构模型
出现矛盾
? 建立
经 电子绕核运动将不断 典 向外辐射电磁波，电 理 子损失了能量，其轨 论 道半径不断缩小，最 认 终落在原子核上,而使 为 原子变得不稳定．
即hν＝Ｅm-Ｅn
称为频率条件，又称辐射条件
En
n
Em
n
针对原子光谱是线状谱提出
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：
hn Em En
二、玻尔理论对氢光谱的解释
，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．