高中物理人教版選修3-5　18.4　波爾的原子模型

18.4玻爾的原子模型（人教版）★中學(xué)物理學(xué)科核心素養(yǎng)物理觀念物質(zhì)觀念原子、電子、光子運動觀念圓周運動、躍遷相互作用觀念庫侖力能量觀念動能、勢能科學(xué)思維模型建構(gòu)玻爾的原子模型三大基本假設(shè)1、軌道假設(shè)：2、定態(tài)假設(shè)：3、躍遷假設(shè)：科學(xué)推理見具體案科學(xué)論證玻爾理論對氫光譜的說明質(zhì)疑創(chuàng)新玻爾理論無法說明略微困難一點的原子的光譜現(xiàn)象，如氦原子；電子云科學(xué)探究問題經(jīng)典物理學(xué)既無法說明原子的穩(wěn)定性，又無法說明原子光譜的分立特征證據(jù)見具體案說明玻爾理論對氫光譜的說明溝通玻爾理論的局限性科學(xué)看法與責(zé)任科學(xué)本質(zhì)原子結(jié)構(gòu)究竟是怎樣的？聽從怎樣的物理規(guī)律？科學(xué)看法相識具有反復(fù)性、對未知世界要保持新奇心、堅持刻苦專研和實事求是科學(xué)倫理與STSE在原子結(jié)構(gòu)方面，人們提出各種模型和假設(shè)，如1898年湯姆孫的棗糕模型，1911年盧瑟福的核實結(jié)構(gòu)模型等。波爾于1913年把量子化這個觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。1922年，第72號元素鉿的發(fā)覺證明白玻爾的理論，玻爾由于對于原子結(jié)構(gòu)理論的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎。★教學(xué)重點玻爾原子理論的基本假設(shè)★教學(xué)難點玻爾理論對氫光譜的說明?！锝虒W(xué)方法老師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生探討、溝通?！锝虒W(xué)用具：投影片，多媒體協(xié)助教學(xué)設(shè)備★課時支配1課時 ★教學(xué)過程（一）引入新課依據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，以及經(jīng)典物理學(xué)，我們知道核外的電子在庫侖力的作用下將繞原子核高速旋轉(zhuǎn)。在前面的學(xué)習(xí)中，我們知道運動的電子可以形成等效電流，→又依據(jù)電流磁效應(yīng)，我們可以推導(dǎo)出這個高速運動的電子四周會產(chǎn)生周期性變更的電磁場，從而向外輻射電磁波→導(dǎo)致原子的能量削減→，這個能量削減，我們可以看成是電子的動能削減了，那電子的動能削減了，速度就要變少，速度變小了，電子將半徑減小的向心運動，最終落入原子核中，這樣的話原子結(jié)構(gòu)將是不穩(wěn)定的。但是事實上這個理論推導(dǎo)結(jié)果跟試驗是不符合的，因為我們原子結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，這是經(jīng)典物理學(xué)沒有方法說明的，這是第一個沖突的地方師：其次，假如做這樣的向心運動，向外輻射的電磁波的能量是連續(xù)的還是分立的生：連續(xù)的師：這與試驗符合嗎？生：不符合，因為我們知道原子光譜是不連續(xù)的師：所以，經(jīng)典的電磁理論不能說明核外的電子的運動狀況和原子的穩(wěn)定性.須要新的理論來說明。老師：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，波爾于1913年把量子化這個觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。（二）進(jìn)行新課1．玻爾的原子理論（1）軌道量子化假設(shè)：原子中的電子在庫侖力的作用下，繞原子核做圓周運動但是，電子軌道半徑不是隨意的，只有當(dāng)半徑大小符合肯定條件時，這樣的軌道才是可能的。即電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。能級（定態(tài)）假設(shè)：當(dāng)電子在不同軌道上運動時，原子處于不同狀態(tài),具有不同能量，所以原子能量也是量子化的。這些量子化的能量值叫能級；原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。怎么理解呢？我們還是回到電子軌道圖，當(dāng)電子在第一個軌道上運動時，原子的能量值是E1，那其次個軌道上運動時，原子的能量值是E2，第三個軌道上運動時，原子的能量值是E3......由于不同的軌道半徑是不一樣的，所以這些能量值得大小也不一樣，而且這些能量值大小不是連續(xù)的，是分立的，量子化的，這些量子化的能量值叫能級；原子的能量值最低的狀態(tài)我們叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)，這些激發(fā)態(tài)的能量必需滿意這樣一個關(guān)系，才是可能。一般取n=00是的能量為零。思索：激發(fā)態(tài)的能量值大還是基態(tài)的能量值大？E1是負(fù)值，這里正負(fù)號表示大小，激發(fā)態(tài)的能量值大探討：基本框架搭好了，接下來我們一起完成第三個假設(shè)。就是要在這個框架下探討原子內(nèi)部光子的放射和汲取是如何進(jìn)行的？提示：光子放射出去會引起什么變更？生：能量削減。師：那原子內(nèi)部發(fā)生了怎樣的變更會能量削減？生：電子從高能級跳到低能級。師：那汲取光子呢？生：電子從低能級跳到高能級師：對，這個跳的動作，這波爾給它取了一個美麗的名字叫躍遷（3）躍遷假設(shè)：躍遷假設(shè)：原子在不同的狀態(tài)下具有不同的能量，從一個定態(tài)向另一個定態(tài)躍遷時要汲取或輻射肯定頻率的光子，該光子的能量等于這兩個狀態(tài)的能量差，即這個式子稱為頻率條件，又稱輻射條件。可見,電子假如從一個軌道到另一個軌道,不是以螺旋線的形式變更半徑大小的,而是從一個軌道上“跳動”到另一個軌道上。玻爾將這種現(xiàn)象叫作電子的躍遷。依據(jù)躍遷假設(shè)我們來模擬一下光子的放射和汲取一個理論行不行重要的是看他能不能說明試驗現(xiàn)象，這里我們主要看看玻爾理論能不能對氫光譜進(jìn)行說明2．玻爾理論對氫光譜的說明玻爾從上述假設(shè)動身，利用庫侖定律和牛頓運動定律，計算出了氫的電子的最小軌道半徑R1=0.053nm和基態(tài)的能量值為-13.6eV，依據(jù)這兩個公式可以計算出可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量。比如通過計算可以知道第2能級的能量值為-3.4eV特點：(1)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài).(2)橫線左端的數(shù)字“1,2,3，…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4，…”表示氫原子的能級.(3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級差，距離越大，能級差越大，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小.師：氫原子的能級圖搞懂了，接下來我們就要進(jìn)入實戰(zhàn)，看他能不能氫原子光譜的相關(guān)問題。第一個問題就是氫原子光譜是線狀譜，是不連續(xù)的。這里我們主要以巴爾末系來說明，巴爾末系怎么產(chǎn)生的呢？就是較高能級的電子往其次能級躍遷產(chǎn)生的，那么這樣的躍遷向外輻射出來的光子的能量就等于能級差，由于這個能級差只能取一些特定的值，是不連續(xù)的，所以輻射出來的光子的能量也是不連續(xù)的，是量子化的，所以這樣得到的光譜自然就是不連續(xù)的線狀譜。（3）依據(jù)氫原子的汲取光譜的分析，你能否推斷出巴爾末系氫原子汲取光譜是電子怎么躍遷產(chǎn)生的嗎？通過以上分析你能明白為什么放射光譜的譜線與汲取光譜的暗線所對應(yīng)的波長一樣嗎？通過上分析與探討，我們發(fā)覺波爾的原子模型很好的說明白氫原子光譜的問題，這主要是（四）課堂小結(jié)玻爾的原子模型是把盧瑟福的學(xué)說和量子