高中物理 《量子论视野下的原子模型》教案 沪科版选修

1、量子论视野下的原子模型【教学目标】知识与技能（1）了解玻尔原子理论的主要内容及特点；（2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念（3）了解波尔理论的成功和局限性过程与方法通过玻尔理论和氢光谱的学习和理解，了解人类对原子结构认识的发展过程。情感、态度与价值观培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。【教学重点】（1）玻尔原子理论的基本假设及相关概念；（2）玻尔理论对氢光谱的解释。【教学难点】玻尔原子理论的基本假设及相关概念以及对请光谱的解释。【教学方法】读书自学、思考讨论、启发性讲授。【教学过程】从卢瑟福核式结构模型与经典电磁理论结合得到的“原子塌陷”结论，跟实际上原子的结构却

2、相当稳定的事实之间的矛盾，引入人们对原子结构进行新的探索。在这个问题上丹麦物理学家玻尔提出了新的看法。指导学生阅读教材玻尔是怎样提出新的假设的，提出了那些主要假设？n n n n老师对玻尔假设解读： 1、玻尔的创造性思维在于把普朗克的量子论到原子系统，提出了新的假设，建立了新的原子理论。2、主要假设的内容：（1）原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，这些状态叫做定态。处于定态的原子不向外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时才产生电磁辐射。（这条假设是针对原子稳定性提出的，通常称“定态和能量量子化假设”）（2）原子从能量为Em的定态跃迁到能量为En定态时，辐射（或吸

3、收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即式中h为普朗克恒量，为光子频率。（这条假设是针对线状光谱提出的，通常称“跃迁假设”，反映原子能量变化的规律）玻尔在上述假设的基础上，还计算出氢原子的电子可能的轨道半径（叫做玻尔半径）与电子在各条轨道上运动时氢原子的能量：式中r1表示第一条（离核最近的）可能轨道的玻尔半径，E1表示电子在这一条轨道上运动时氢原子的能量；rn、En 分别代表第n条可能轨道的玻尔半径和电子在这一条轨道上运动时氢原子的能量。由此可见，电子围绕原子核运动的轨道半径的取值是不连续的，只能是一系列分立的值。（3）原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。

4、原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（这是原子能量取值不连续的必然结果，通常称“轨道半径量子化假设”）玻尔还具体算出：rn=0.5310-10m，E1= -13.6eV讨论与思考=指导学生思考讨论教材关于“玻尔假设与经典物理学观点的不同”的两个问题。n n n n指导学生阅读教材，建立相关概念：1、 能级：在玻尔模型中，我们把原子在个定态的能量值叫做原子的能级。2、 基态和激发态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态。电子在轨道上运动时的定态叫做激发态。3、 氢原子能级图：见右图。上述公式中以及能级图上的n值称为量子数。

5、指导学生阅读教材P.57，了解原子光谱的特点及产生的原因1、 原子光谱的产生及其特点2、 玻尔理论很好的解释了氢光谱案例分析：P.57指导学生阅读P.58，并思考：n 在解释氢光谱上获得了很大的成功，但在解释比较复杂的原子光谱时遇到困难，其计算结果与实验事实出入很大。n 后来玻尔和其他物理学家终于明白了：这个理论的成功之处在于引入了量子观念，不足之处在于理论没有彻底摆脱经典物理学的束缚，保留了电子有确定的位置和动量而绕原子核在圆周轨道上运动的概念，并用经典力学原理加以计算。这个模型是“普朗克量子观念与经典力学的混合模型”。n 后来的量子力学表明，原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同。 如果用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，画出图来就像云雾一样。人们形象的称这种图为电子云。 计算表明：玻尔理论中的电子轨道，恰好是量子力学中电子出现概率最大的地方。【课堂小结】1、 玻尔原子模型（他提出的假设）：（1）原子的定态和能量量子化（2）原子跃迁假设（3）原子核外电子的轨道量子化2、 能级与原