师：同学们，今天我们来学习高二物理粤教版选择性必修三第五章第一节原子的结构第二课时。本节课学习目标有四个：一、知道波尔原子理论的基本假设和主要内容；二、了解能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，能用波尔的原子理论简单解释氢原子模型；三、了解波尔模型的不足之处及原因。
我们先回顾下科学家对原子结构的认识。汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，这否定了原子不可分割的观点。之后，他建立了“枣糕模型”，但很快被新的实验现象否定。卢瑟福的α粒子散射实验否定了“枣糕模型”，并建立了核式结构模型。
然而，核式结构模型并非完美。卢瑟福的α粒子散射实验虽能用核式模型很好解释，但与经典电磁理论产生了矛盾。经典电磁理论认为，轨道上运动且带电荷的电子会辐射电磁波，从而损失能量，轨道半径不断缩小，最终核外电子会落在原子核上，原子将发生塌陷，但事实并非如此，原子是稳定的。另一方面，若电子轨道连续变化，其向外辐射电磁波对应的频率也会连续变化，用光谱接收应是连续光谱，可实际观察原子发光光谱，却是一些分立的亮线。比如，这里呈现的图，上面是连续光谱，下面是原子发光光谱，能看到都是分立亮线，在实验室也可通过实验装置观察氢原子光谱。
下面介绍观察氢原子发光光谱的实验仪器。这是电源，连接着感应圈，感应圈能产生高电压。感应圈连接气体放电管，管中的气体在高电压作用下击穿导电发光，再通过分光镜观测光谱。
先看高压感应圈，它能产生上万伏高压。打开电源，能看到高电压使空气击穿，两个针尖放电导通。接着把两个针尖取下，分别接上气体放电管，一端接高压感应圈一级，另一端接另一级，注意做好绝缘保护。然后打开电源，高压电加在气体放电管上，使气体击穿电离、导电发光。不同原子发光情况不同，现在通过分光镜专门观察氢原子发光光谱。这是分光镜的进光孔，已对准氢原子光，里面有三棱镜用于分光，这是目镜。来看能不能看到氢原子的光谱，把镜头移近。看到里面有一条红线、一条蓝线，还有紫线。这个情况通过进一步拍照可显示出来。从刚才实验视频可知，在分光镜里观察到氢原子光谱是分立亮线，拍下照片，能看到由一条红线、一条蓝线，还有两条紫线构成，这里看到的一些绿光，应是放电管中混入空气的缘故。由此可知，经典电磁理论解释核式结构模型存在问题。
基于此，丹麦物理学家波尔认为困难不在模型本身，而在经典理论。在普朗克黑体辐射量子理论和爱因斯坦光电效应光子学说启发下，波尔大胆提出原子结构假说，主要有三方面：一、轨道量子化；二、能量量子化；三、跃迁假说。
先讲轨道量子化，又称定轨。指围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立数值，即电子轨道是量子化的。并且电子在这些轨道上绕核运动稳定，不会产生电磁辐射。
再讲能量量子化，也称定态。当电子在不同轨道运动时，原子处于不同状态，具有不同能量。原子中这些具有特定能量的稳定状态，称为定态。波尔指出原子只能处于一系列不连续的能量状态，这些状态能量稳定，所以原子能量也是量子化的。
用个形象示意图理解，中间是原子核，核外电子绕核运转，把轨道量子化成一些分立轨道。当电子在最低轨道，记为n = 1，此时原子能量最低，称为基态，基态最稳定，离核最近。其他轨道，如n = 2、n = 3，一直到n = ∞。当核外电子在这些轨道时，原子不稳定，会向更低能量状态跃迁，这种状态称为激发态。若电子脱离原子核束缚，这种状态为电离。
根据对应轨道，标示出对应能量状态。n = 1、n = 2等称为量子数，电子在这些量子数轨道上对应的能量状态称为能级。以无穷远处原子能量计为0，越靠近核的低能轨道，能量越低，能量值为负。氢原子处于基态时，能量为 - 13.6电子伏特，往上能量逐渐增加，但这些能量值都是分立的，不连续。
波尔原子结构假说的第三个方面是跃迁假说，也称频率条件。跃迁指原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程。有两种情况：一是从高能级向低能级跃迁，原子从高能级向低能级跃迁时，电子轨道半径减小，电子受库仑力做正功，电势能减小，原子能量减小，减小的能量以辐射光子形式释放，辐射的光子能量等于两个能级能量的差值。原子也能从低能级向高能级跃迁，此过程电子轨道由低轨到高轨，需克服库仑引力做功，电势能增大，原子能量增加，完成这个过程需吸收能量。
刚才讲的跃迁，无论是由高能级向低能级，还是由低能级向高能级，可用图示表示。高轨道对应量子数为m，低轨道对应n，由高轨向低轨跃迁，原子辐射光子；由低轨向高轨跃迁，原子吸收能量。这里要强调，吸收能量有两种方式，既可以吸收光子能量，也可吸收其他粒子碰撞的能量。若吸收光子能量完成跃迁，光子能量必须是两个能级的差值。
根据此结论，波尔提出跃迁假说对应的频率条件表达式hν = Em - En 。这里hν指辐射或吸收光子的能量，h为普朗克常量，ν为光子频率，Em - En 是高能级和低能级的差值。
来看一道练习题：波尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ）
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，而电子的可能轨道分布是不连续的。
C. 电子从一层轨道到另一层轨道时，辐射或吸收一定频率的光子。
D. 电子跃迁辐射的光子频率等于电子绕核做圆周运动的频率。