課 題
4.4 氫原子光譜和玻爾的原子模型
課 型
新授課 eq \\ac(□,√) 復(fù)習(xí)課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級
高二年級（ ）班
授課時間
2024 年 月 日
教學(xué)內(nèi)容分析
本節(jié)內(nèi)容主要分為兩大部分：第一部分是光譜、氫原子光譜的實驗規(guī)律和經(jīng)典理論的困難；第二部分是波爾原子理論的基本假設(shè)、波爾理論對氫原子光譜的解釋和玻爾理論的局限性。第二部分的是本節(jié)的中點難點。
本節(jié)內(nèi)容再現(xiàn)了原子結(jié)構(gòu)理論在實踐中接受檢驗、推理、再檢驗、再修正的過程。要在教學(xué)過程中使學(xué)生體會到，從原子結(jié)構(gòu)的核式結(jié)構(gòu)（理論）到經(jīng)典理論難以解釋（實踐）再到玻爾原子結(jié)構(gòu)假設(shè)說（新理論）再到對氫光譜的成功解釋（再實踐）的科學(xué)探究過程，領(lǐng)會科學(xué)方法和科學(xué)精神。
波爾意識到經(jīng)典理論在解釋原子結(jié)構(gòu)方面的困難，在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關(guān)于光子概念的啟發(fā)下，把量子觀念引人原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說，包括軌道量子化與定態(tài)、躍遷的頻率條件（又叫輻射條件）。盡管波爾模型后來被證明很不完善，但仍是人們認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的一個重要標(biāo)志。
學(xué)習(xí)者
分析
物理觀念：了解人類探索原子及其結(jié)構(gòu)的歷史。知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結(jié)構(gòu)。明確玻爾原子模型的意義。
科學(xué)思維：領(lǐng)悟理論與實踐結(jié)合的科學(xué)思想。掌握發(fā)現(xiàn)錯誤-分析原因-提出假設(shè)-實驗驗證的科學(xué)探究方法
科學(xué)探究：物理學(xué)史中重要理論和實驗的產(chǎn)生有其歷史發(fā)展的必然性，在對這種必然性以及理論與實驗的科學(xué)性的分析過程就是一種非?？尚械目茖W(xué)探究過程。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任： 理解人類對原子的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程， 這一過程也是辯證發(fā)展的過程，通過教學(xué)讓學(xué)生體驗科學(xué)家所進(jìn)行的科學(xué)探究，領(lǐng)會科學(xué)方法和科學(xué)精神。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
了解光譜、連續(xù)譜和線狀譜等概念。知道氫原子光譜的實驗規(guī)律。
知道經(jīng)典理論的困難在于無法解釋氫原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特性。
了解波爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容。能用玻爾原子理論解釋氫原子能級圖及光譜
教學(xué)準(zhǔn)備
多媒體課件
活動設(shè)計
教學(xué)內(nèi)容
教師活動
學(xué)生活動
評價任務(wù)
活動一：新知引入
導(dǎo)入新課
核外電子繞核運動——輻射電磁波——電子軌道半徑連續(xù)變小——原子不穩(wěn)定——輻射電磁波頻率連續(xù)變化。
事實上：原子是穩(wěn)定的；輻射電磁波頻率只是某些確定值。
盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾：無法解釋原子的穩(wěn)定性；無法解釋原子光譜的分立性
體會經(jīng)典理論的困難和盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典的電磁理論之間的矛盾。

通過對經(jīng)典電磁理論和盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的學(xué)習(xí)，學(xué)會在對比中學(xué)習(xí)新知識。
活動二：新知探究
講授新課
一、玻爾原子理論的基本假設(shè)
1、軌道量子化——針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出
①繞核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值
②電子在軌道繞核轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射
軌道量子化：（n=1，2，）
氫原子：r1=0.053nm
2、能量量子化（定態(tài)、能級）——針對原子的穩(wěn)定性提出
①定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)
基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)
激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)
②能級：原子的在各種定態(tài)時的能量值
能量量子化：
氫原子：
3、頻率條件(躍遷假說)——針對原子光譜是線狀譜提出
躍遷：原子在從高（低）能級跳到低（高）能級電子輻射（吸收）光子的過程。
頻率條件:
成功解釋了氫光譜的所有譜線
二、玻爾理論對氫光譜的解釋
1、向低軌道躍遷：發(fā)射光子
躍遷時發(fā)射光子的能量：
光子的能量必須等于能級差
處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，可自發(fā)地經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。
說明：由于能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
2、向高軌道躍遷：吸收光子
躍遷時吸收光子的能量：
吸收光子的能量必須等于能級差，因此吸收光譜也是一些分立的暗線
當(dāng)光子的能量大于或等于該能級的能量時，
處于某個能級的電子吸收能量，掙脫原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，叫做電離。
電離后自由電子動能EK = hv - En
課堂練習(xí)1、根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氫原子的能級圖如圖所示。一個（或一群）處于第n能級的氫原子，向基態(tài)（第1能級）躍遷時，最多可輻射多少種不同頻率的光？
躍遷時電子動能、原子勢能、原子能量的變化
1.當(dāng)n減小即軌道半徑減小時。庫侖力做正功，電子動能增加、原子勢能減小、向外輻射能量，原子能量減小。
2.當(dāng)n增大即軌道半徑增大時。庫倫力做負(fù)功，電子動能減小、原子勢能增大、從外界吸收能量，原子能量增大。
三、玻爾模型的局限性
玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題，但是也有它的局限性
在解決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念，同時又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律。
除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難，
量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉尅?br>學(xué)習(xí)玻爾原子理論的基本假設(shè)。
學(xué)習(xí)玻爾理論對氫光譜的解釋，理解躍遷和電離的概念。
小組討論，并完成表格。
思考躍遷時電子動能，原子勢能、原子能量的變化情況。
回顧科學(xué)家們對電子結(jié)構(gòu)的探索歷程，了解波爾理論的局限性。
了解玻爾原子理論的基本假設(shè)，學(xué)習(xí)科學(xué)的發(fā)展是一個不斷質(zhì)疑的過程，鼓勵學(xué)生大膽猜想。
引導(dǎo)學(xué)生從能量的角度理解電子的躍遷，將能級躍遷和能量守恒結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會掌握能量守恒的思想。
通過小組討論，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，總結(jié)出一個（或一群）氫原子向基態(tài)躍遷時輻射出的不同頻率光的種類。
結(jié)合能量守恒定律解決問題。
觀察與實驗所獲得的事實，建立科學(xué)模型提出科學(xué)假說。
學(xué)會用事實說話，堅持實事求是的科學(xué)態(tài)度，體驗科學(xué)家的艱辛，激發(fā)探索科學(xué)規(guī)律的熱情。
教學(xué)活動三：習(xí)題鞏固
拓展提高
1、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（ ）
A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量
B、原子中，雖然核外電子不斷做加速運動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會向外輻射能量
C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子
D、原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的
解析：AB：符合能量量子化的原理；C：可能吸收一定頻率的光子；D：符合軌道量子化的原理。
2、(2020北京東城區(qū)一模)如圖所示為氫原子能級圖。大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出不同頻率的光。用這些光照射金屬鈣。已知金屬鈣的逸出功為3.20 eV。能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有( )
A.2種 B.3種 C.4種 D.5種
解析：根據(jù)組合公式 ,可知,大量的處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,能發(fā)出6種不同頻率的光電子,
它們的能量分別是E1=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,
E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV,E3=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,
E4=-1.51 eV-(-3.40 eV)=1.89 eV,E5=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,
E6=-3.40 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,
可見有三種光電子的能量大于3.20 eV,故能夠從金屬鈣的表面照射出光電子的光共有三種,故B正確,A、C、D錯誤。
答案：B
3、要使處于基態(tài)的氫原子從基態(tài)躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，則照射光光的頻率必須為多少？躍遷后能發(fā)出幾種頻率不同的光？
解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV
由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需吸收能量，可用一定頻率的光照射。
則：吸收光子的能量hv=E4-E1。
V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-34
=3.08x1015Hz
6種
完成拓展提高。
完成練習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識。
教學(xué)活動三：知識總結(jié)
課堂小結(jié)
一、玻爾原子理論的假設(shè)
1、軌道量子化
2、能量量子化
3、頻率條件
二、玻爾理論對氫光譜的解釋
1、躍遷
2、電離
三、玻爾理論的局限性
1、氦原子光譜
2、電子云
總結(jié)課堂上學(xué)習(xí)的知識。
幫助學(xué)生梳理基礎(chǔ)知識，形成知識框架。
板書設(shè)計
教學(xué)反思

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4 氫原子光譜和玻爾的原子模型

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第三冊

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