高中物理人教版5第十八章原子結(jié)構(gòu)4玻爾的原子模型【省一等獎(jiǎng)】

第四節(jié)玻爾的原子模型教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能1、知道玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容。2、了解能級(jí)、躍遷、能量量子化、以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念。3、能用玻爾理論簡(jiǎn)單的解釋氫原子模型。4、了解玻爾模型的不足及原因。（二）過(guò)程與方法培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力，初步了解原子的結(jié)構(gòu)（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀理解人類對(duì)原子的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，這一過(guò)程也是辯證發(fā)展的過(guò)程通過(guò)教學(xué)讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家所進(jìn)行的科學(xué)探究，領(lǐng)會(huì)科學(xué)方法和科學(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)：玻爾的原子模型、能級(jí)教學(xué)難點(diǎn)：玻爾的原子模型、能級(jí)教學(xué)方法：演示和啟發(fā)式綜合教學(xué)法。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備教學(xué)過(guò)程：（一）引入新課前一節(jié)提到盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)跟經(jīng)典的電磁理論產(chǎn)生了矛盾，這說(shuō)明了經(jīng)典的電磁理論不適用于原子結(jié)構(gòu)，那么怎么解釋原子是穩(wěn)定的？又怎么解釋原子發(fā)光的光譜不是連續(xù)光譜呢？核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)在解釋原子發(fā)光現(xiàn)象和原子的穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)遇到了空前的困難，玻爾在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，提出了自己的理論。（二）新課教學(xué)1、玻爾的原子模型（1）原子的穩(wěn)定性經(jīng)典的電磁理論認(rèn)為電子繞原子核旋轉(zhuǎn)，由于電子輻射能量，因此隨著它的能量減少，電子運(yùn)行的軌道半徑也減小，最終要落入原子核中。玻爾在1913年結(jié)合普朗克的量子理論針對(duì)這一問(wèn)題提出新的觀點(diǎn)。玻爾假設(shè)一：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。說(shuō)明：這一說(shuō)法和事實(shí)是符合得很好的，電子并沒(méi)有被庫(kù)侖力吸引到核上，就像行星繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)一樣。這里所說(shuō)的定態(tài)是指原子可能的一種能量狀態(tài)，有某一數(shù)值的能量，這些能量包含了電子的動(dòng)能和電勢(shì)能的總和。（2）原子發(fā)光的光譜經(jīng)典的電磁理論認(rèn)為電子繞核運(yùn)行的軌道不斷的變化，它向外輻射電磁波的頻率應(yīng)該等于繞核旋轉(zhuǎn)的頻率。因此原子輻射一切頻率的電磁波，大量原子的發(fā)光光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜。玻爾針對(duì)這一問(wèn)題提出新的觀點(diǎn)。玻爾假設(shè)二：原子從一種定態(tài)（）躍遷到另一種定態(tài)（）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即：。說(shuō)明：這一說(shuō)法也和事實(shí)符合得很好，原子發(fā)光的光譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的明線光譜。（3）原子能量狀態(tài)和電子軌道玻爾假設(shè)三：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。2、氫原子的軌道半徑和能量玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫(kù)侖定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果概括為公式：，，說(shuō)明公式中、和、的意義，并說(shuō)明是正整數(shù)，叫做量子數(shù)，m，eV時(shí)，相應(yīng)的能量為：eV、eV、eV…3、氫原子的能級(jí)氫原子的各種定態(tài)時(shí)的能量值叫做能極，根據(jù)以上的計(jì)算，可畫出示意的能級(jí)圖。原子最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)叫做基態(tài)，比基態(tài)能量高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷，電子克服庫(kù)侖引力做功增大電勢(shì)能，原子的能量增加要吸收能量。原子也可以從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，電子所受庫(kù)侖力做正功減小電勢(shì)能，原子的能量減少要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出。明確：原子的能量增加是因?yàn)殡娮釉黾拥碾妱?shì)能大于電子減少的動(dòng)能；反之原子的能量減少是因?yàn)殡娮訙p少的電勢(shì)能大于電子增加的動(dòng)能。原子無(wú)論吸收能量還是輻射能量，這個(gè)能量不是任意的，而是等于原子發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差。明確：一個(gè)原子可以有許多不同的能量狀態(tài)和相應(yīng)的能級(jí)，但在某一時(shí)刻，一個(gè)原子不可能既處于這一狀態(tài)也處于那一狀態(tài)。如果有大量的原子，它們之中有的處于這一狀態(tài)，有的處于那一狀態(tài)．氫光譜的觀測(cè)就說(shuō)明了這一事實(shí)，它的光譜線不是一個(gè)氫原子發(fā)出的，而是不同的氫原子從不同的能級(jí)躍遷到另一些不同能級(jí)的結(jié)果。例1：氫原子的基態(tài)能量為，電子軌道半徑為，電子質(zhì)量為，電量大小為．氫原子中電子在的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速率為，氫原子從的定態(tài)躍遷到的基態(tài)過(guò)程中輻射光子的波長(zhǎng)為，則以下結(jié)果正確的是。A、B、C、電子的電勢(shì)能和動(dòng)能都要減小D、電子的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增大解析：玻爾理論雖然解決了一些經(jīng)典電磁學(xué)說(shuō)遇到的困難，但在玻爾的原子模型中仍然認(rèn)為原子中有一很小的原子核，電子在核外繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電子受到的庫(kù)侖力作向心力。，根據(jù)玻爾理論即。即以，因此A正確。由于：，，且，即：，所以：，因此B正確。氫原子從躍遷到，電子受到的庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減??；由可知電子動(dòng)能，即軌道半徑越小，動(dòng)能越大，所以D正確，C錯(cuò)誤．例2：有大量的氫原子，吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到的激發(fā)態(tài)，已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時(shí)的能量為，則吸收光子的頻率__________，當(dāng)這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時(shí)，可發(fā)出__________條譜線，輻射光子的能量為__________。解析：根據(jù)玻爾的第二條假設(shè)，當(dāng)原子從基態(tài)躍遷到的激發(fā)態(tài)時(shí)，吸收光子的能量：，而，所以吸收光子的頻率：當(dāng)原子從n=3的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)，由于是大量的原子，可能的躍遷有多種，如從到，從到，再?gòu)牡?，因此?yīng)該發(fā)出三條譜線，三種光子的能量分別為：，，（三）課堂小結(jié)：玻爾的原子模型是把盧瑟福的學(xué)說(shuō)和量子理論結(jié)合，以原子的