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(yùn)動(dòng)觀念圓周運(yùn)動(dòng)、躍遷相互作用觀念庫(kù)侖力能量觀念動(dòng)能、勢(shì)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(jiàn)具體案科學(xué)論證玻爾理論對(duì)氫光譜的說(shuō)明質(zhì)疑創(chuàng)新玻爾理論無(wú)法說(shuō)明略微困難一點(diǎn)的原子的光譜現(xiàn)象，如氦原子；電子云科學(xué)探究問(wèn)題經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法說(shuō)明原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法說(shuō)明原子光譜的分立特征證據(jù)見(jiàn)具體案說(shuō)明玻爾理論對(duì)氫光譜的說(shuō)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(tīng)從怎樣的物理規(guī)律？科學(xué)看法相識(shí)具有反復(fù)性、對(duì)未知世界要保持新奇心、堅(jiān)持刻苦專(zhuān)研和實(shí)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(shí)結(jié)構(gòu)模型等。波爾于1913年把量子化這個(gè)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(shuō)。1922年，第72號(hào)元素鉿的發(fā)覺(jué)證明白玻爾的理論，玻爾由于對(duì)于原子結(jié)構(gòu)理論的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。★教學(xué)重點(diǎn)玻爾原子理論的基本假設(shè)★教學(xué)難點(diǎn)玻爾理論對(duì)氫光譜的說(shuō)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(shí)支配1課時(shí) ★教學(xué)過(guò)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(kù)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(yùn)動(dòng)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(gè)高速運(yùn)動(dòng)的電子四周會(huì)產(chǎn)生周期性變更的電磁場(chǎng)，從而向外輻射電磁波→導(dǎo)致原子的能量削減→，這個(gè)能量削減，我們可以看成是電子的動(dòng)能削減了，那電子的動(dòng)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(yùn)動(dòng)，最終落入原子核中，這樣的話(huà)原子結(jié)構(gòu)將是不穩(wěn)定的。但是事實(shí)上這個(gè)理論推導(dǎo)結(jié)果跟試驗(yàn)是不符合的，因?yàn)槲覀冊(cè)咏Y(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，這是經(jīng)典物理學(xué)沒(méi)有方法說(shuō)明的，這是第一個(gè)沖突的地方師：其次，假如做這樣的向心運(yùn)動(dòng)，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(yàn)符合嗎？生：不符合，因?yàn)槲覀冎涝庸庾V是不連續(xù)的師：所以，經(jīng)典的電磁理論不能說(shuō)明核外的電子的運(yùn)動(dòng)狀況和原子的穩(wěn)定性.須要新的理論來(lái)說(shuō)明。老師：在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛(ài)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(gè)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(shuō)。（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(kù)侖力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：當(dāng)電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jí)；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(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子的能量值是E1，那其次個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子的能量值是E2，第三個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jí)；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(mǎn)意這樣一個(gè)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(hào)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(lái)我們一起完成第三個(gè)假設(shè)。就是要在這個(gè)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(huì)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(huì)能量削減？生：電子從高能級(jí)跳到低能級(jí)。師：那汲取光子呢？生：電子從低能級(jí)跳到高能級(jí)師：對(duì)，這個(gè)跳的動(dòng)作，這波爾給它取了一個(gè)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(gè)定態(tài)向另一個(gè)定態(tài)躍遷時(shí)要汲取或輻射肯定頻率的光子，該光子的能量等于這兩個(gè)狀態(tài)的能量差，即這個(gè)式子稱(chēng)為頻率條件，又稱(chēng)輻射條件?？梢?jiàn),電子假如從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道,不是以螺旋線(xiàn)的形式變更半徑大小的,而是從一個(gè)軌道上“跳動(dòng)”到另一個(gè)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(lái)模擬一下光子的放射和汲取一個(gè)理論行不行重要的是看他能不能說(shuō)明試驗(yàn)現(xiàn)象，這里我們主要看看玻爾理論能不能對(duì)氫光譜進(jìn)行說(shuō)明2．玻爾理論對(duì)氫光譜的說(shuō)明玻爾從上述假設(shè)動(dòng)身，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(gè)公式可以計(jì)算出可能的軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量。比如通過(guò)計(jì)算可以知道第2能級(jí)的能量值為-3.4eV特點(diǎn)：(1)能級(jí)圖中的橫線(xiàn)表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài).(2)橫線(xiàn)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(jí).(3)相鄰橫線(xiàn)間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，距離越大，能級(jí)差越大，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小.師：氫原子的能級(jí)圖搞懂了，接下來(lái)我們就要進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)，看他能不能氫原子光譜的相關(guān)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題就是氫原子光譜是線(xiàn)狀譜，是不連續(xù)的。這里我們主要以巴爾末系來(lái)說(shuō)明，巴爾末系怎么產(chǎn)生的呢？就是較高能級(jí)的電子往其次能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，那么這樣的躍遷向外輻射出來(lái)的光子的能量就等于能級(jí)差，由于這個(gè)能級(jí)差只能取一些特定的值，是不連續(xù)的，所以輻射出來(lái)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(xiàn)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(guò)以上分析你能明白為什么放射光譜的譜線(xiàn)與汲取光譜的暗線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)一樣嗎？通過(guò)上分析與探討，我們發(fā)覺(jué)波爾的原子模型很好的說(shuō)明白氫原子光譜的問(wèn)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(shuō)和量子