4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型

“教学评”一体化教学设计课时设计课题4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型课型新授课eq\o\ac(□,√)复习课□试卷讲评课□其他课□授课班级高二年级（）班授课时间2023年月日教学内容分析本节内容主要分为两大部分：第一部分是光谱、氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难；第二部分是波尔原子理论的基本假设、波尔理论对氢原子光谱的解释和玻尔理论的局限性。第二部分的是本节的中点难点。本节内容再现了原子结构理论在实践中接受检验、推理、再检验、再修正的过程。要在教学过程中使学生体会到，从原子结构的核式结构（理论）到经典理论难以解释（实践）再到玻尔原子结构假设说（新理论）再到对氢光谱的成功解释（再实践）的科学探究过程，领会科学方法和科学精神。波尔意识到经典理论在解释原子结构方面的困难，在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子概念的启发下，把量子观念引人原子系统，提出了自己的原子结构假说，包括轨道量子化与定态、跃迁的频率条件（又叫辐射条件）。尽管波尔模型后来被证明很不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要标志。学习者分析物理观念：了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。明确玻尔原子模型的意义。科学思维：领悟理论与实践结合的科学思想。掌握发现错误-分析原因-提出假设-实验验证的科学探究方法科学探究：物理学史中重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性，在对这种必然性以及理论与实验的科学性的分析过程就是一种非常可行的科学探究过程。科学态度与责任：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，通过教学让学生体验科学家所进行的科学探究，领会科学方法和科学精神。学习目标了解光谱、连续谱和线状谱等概念。知道氢原子光谱的实验规律。知道经典理论的困难在于无法解释氢原子的稳定性和光谱的分立特性。了解波尔原子理论的基本假设的主要内容。能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱教学准备多媒体课件活动设计教学内容教师活动学生活动评价任务活动一：新知引入导入新课核外电子绕核运动——辐射电磁波——电子轨道半径连续变小——原子不稳定——辐射电磁波频率连续变化。事实上：原子是稳定的；辐射电磁波频率只是某些确定值。卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论发生了矛盾：无法解释原子的稳定性；无法解释原子光谱的分立性体会经典理论的困难和卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论之间的矛盾。通过对经典电磁理论和卢瑟福核式结构模型的学习，学会在对比中学习新知识。活动二：新知探究讲授新课一、玻尔原子理论的基本假设1、轨道量子化——针对原子核式结构模型提出①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射轨道量子化：（n=1，2，3....）氢原子：r1=0.053nm2、能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出①定态：原子中具有确定能量的稳定状态基态：能量最低的状态(离核最近)激发态：其他的能量状态②能级：原子的在各种定态时的能量值能量量子化：氢原子：3、频率条件(跃迁假说)——针对原子光谱是线状谱提出跃迁：原子在从高（低）能级跳到低（高）能级电子辐射（吸收）光子的过程。频率条件:成功解释了氢光谱的所有谱线二、玻尔理论对氢光谱的解释1、向低轨道跃迁：发射光子跃迁时发射光子的能量：光子的能量必须等于能级差处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。说明：由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。2、向高轨道跃迁：吸收光子跃迁时吸收光子的能量：吸收光子的能量必须等于能级差，因此吸收光谱也是一些分立的暗线当光子的能量大于或等于该能级的能量时，处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK=hv-En课堂练习1、根据玻尔原子结构理论，氢原子的能级图如图所示。一个（或一群）处于第n能级的氢原子，向基态（第1能级）跃迁时，最多可辐射多少种不同频率的光？跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化1.当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。2.当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。三、玻尔模型的局限性玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念，同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律。除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难，量子化条件的引进没有适当的理论解释。学习玻尔原子理论的基本假设。学习玻尔理论对氢光谱的解释，理解跃迁和电离的概念。小组讨论，并完成表格。思考跃迁时电子动能，原子势能、原子能量的变化情况。回顾科学家们对电子结构的探索历程，了解波尔理论的局限性。了解玻尔原子理论的基本假设，学习科学的发展是一个不断质疑的过程，鼓励学生大胆猜想。引导学生从能量的角度理解电子的跃迁，将能级跃迁和能量守恒结合，让学生学会掌握能量守恒的思想。通过小组讨论，提高学生的学习能力，总结出一个（或一群）氢原子向基态跃迁时辐射出的不同频率光的种类。结合能量守恒定律解决问题。观察与实验所获得的事实，建立科学模型提出科学假说。学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。教学活动三：习题巩固拓展提高1、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的解析：AB：符合能量量子化的原理；C：可能吸收一定频率的光子；D：符合轨道量子化的原理。2、(2020北京东城区一模)如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有()A.2种B.3种C.4种D.5种解析：根据组合公式,可知,大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子,它们的能量分别是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,可见有三种光电子的能量大于3.20eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。答案：B3、要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态，则照射光光的频率必须为多少？跃迁后能发出几种频率不同的光？解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV由基态跃迁到激发态需吸收能量，可用一定频率的光照射。则：吸收光子的能量hv=E4-E1。V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-