4.4 氫原子光譜和玻爾的原子模型

“教學評”一體化教學設計課時設計課題4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型課型新授課eq\o\ac(□,√)復習課□試卷講評課□其他課□授課班級高二年級（）班授課時間2023年月日教學內(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、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。要在教學過程中使學生體會到，從原子結(jié)構的核式結(jié)構（理論）到經(jīng)典理論難以解釋（實踐）再到玻爾原子結(jié)構假設說（新理論）再到對氫光譜的成功解釋（再實踐）的科學探究過程，領會科學方法和科學精神。波爾意識到經(jīng)典理論在解釋原子結(jié)構方面的困難，在普朗克關于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關于光子概念的啟發(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，但仍是人們認識原子結(jié)構的一個重要標志。學習者分析物理觀念：了解人類探索原子及其結(jié)構的歷史。知道原子的核式結(jié)構模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結(jié)構。明確玻爾原子模型的意義。科學思維：領悟理論與實踐結(jié)合的科學思想。掌握發(fā)現(xiàn)錯誤-分析原因-提出假設-實驗驗證的科學探究方法科學探究：物理學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性的分析過程就是一種非常可行的科學探究過程?？茖W態(tài)度與責任：理解人類對原子的認識和研究經(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，通過教學讓學生體驗科學家所進行的科學探究，領會科學方法和科學精神。學習目標了解光譜、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準備多媒體課件活動設計教學內(nèi)容教師活動學生活動評價任務活動一：新知引入導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)構模型的學習，學會在對比中學習新知識。活動二：新知探究講授新課一、玻爾原子理論的基本假設1、軌道量子化——針對原子核式結(jié)構模型提出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=1，2，3....）氫原子：r1=0.053nm2、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1、根據(jù)玻爾原子結(jié)構理論，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n增大即軌道半徑增大時。庫倫力做負功，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，同時又應用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關牛頓力學規(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，量子化條件的引進沒有適當?shù)睦碚摻忉?。學習玻爾原子理論的基本假設。學習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?；仡櫩茖W家們對電子結(jié)構的探索歷程，了解波爾理論的局限性。了解玻爾原子理論的基本假設，學習科學的發(fā)展是一個不斷質(zhì)疑的過程，鼓勵學生大膽猜想。引導學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，讓學生學會掌握能量守恒的思想。通過小組討論，提高學生的學習能力，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，建立科學模型提出科學假說。學會用事實說話，堅持實事求是的科學態(tài)度，體驗科學家的艱辛，激發(fā)探索科學規(guī)律的熱情。教學活動三：習題鞏固拓展提高1、下面關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3.20eV。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=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV,E2=-0.85eV-(-3.40eV)=2.55eV,E3=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,E4=-1.51eV-(-3.40eV)=1.89eV,E5=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,E6=-3.40eV-(-13.6eV)=10.2eV,可見有三種光電子的能量大于3.20eV,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：B3、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-