2021学年4 氢原子光谱和玻尔的原子模型教学设计

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上课时间： 年 月 日
题课
选择性必修三第四章第4节：氢原子光谱和玻尔的原子模型
课型
新
课时
2
教
学
目
标
1. 了解光谱、连续光谱和线状光谱等概念。知道氢原子光谱的实验规律。
2.知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。
3.了解玻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。
4.认识玻尔的原子理论和卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系。了解玻尔模型的不足之处及其原因。
学习重点
玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱
学习难点
玻尔原子理论的局限性
教 学 过 程
教学环节（含备注）
教 学 内 容
引入新课
讲授新课
课后作业
一.引入新课
食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光，为什么？
二.进行新课
（一）光谱
1．定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
2．分类：有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。
3．原子的特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。
观察相关视频，认识线状谱、连续谱。展示教材中图片。
4．光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
（二）氢原子光谱的实验规律
1．研究光谱的意义：原子内部电子的运动是原子发光的原因。因此，光谱是探索原子结构的一条重要途径。
2．巴耳末公式： eq \f(1,λ)＝R∞ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)，式中R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m－1，式中的n只能取整数，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。
3．巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
4．其他线系：除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
（三）经典理论的困难
1．卢瑟福核式学说的成就：卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验。
2．经典理论的困难：经典物理学可以很好地应用于宏观物体，但它不能解释原子世界的现象。
（四）玻尔原子理论的基本假设
1．轨道量子化：（n=1、2、3……）
原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律。但轨道半径不是任意的，只有当半径的大小符合一定条件，这样的轨道才是可能的，也就是说，电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。
2．能量量子化：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，用E1表示，其他的状态叫作激发态，用E2 、E3 、E4……表示。（n=1、2、3……）
3．频率条件：当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m（五）玻尔理论对氢光谱的解释
1．解释巴耳末公式：按照玻尔理论，原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，辐射的光子的能量为hν＝En－Em；巴耳末公式中的正整数n和2，正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2，并且从理论上算出的和实验测量的 eq \(□,\s\up3(02))里德伯常量R∞的值符合得很好。同样，玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，即氢原子从高能级向m＝1，3，4等能级跃迁所产生的相应光谱。它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等。
2．解释气体导电发光：气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向低能级跃迁，放出光子，最终回到基态。
3．解释氢原子光谱的分立特征：原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的，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。
4．解释不同原子具有不同的特征谱线：由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。
（六）玻尔理论的局限性
1．玻尔理论的成功之处：玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
2．玻尔理论的局限性：对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论却无法解释它的光谱现象。这说明，玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律。它的不足之处在于保留了 eq \(□,\s\up3(04))经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。
3．电子云：根据量子力学，核外电子的运动服从统计规律，而没有固定的轨道，我们只说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少。当原子处于不同的状态时，电子在各处出现的概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出来的图就像云雾一样，人们形象地把它叫作电子云。
三.课堂练习：教材91页练习1-7
四.课堂总结：（见板书设计）
五.学习效果检测（见学案“闯关检测题”）
板书设计
氢原子光谱和玻尔的原子模型
1.光谱：
把物质发出的光按波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录
分类：线状谱；不同原子的发光频率不一样，这些亮线称原子的特征谱线。
连续谱。
2.玻尔原子理论的基本假设
（1）轨道量子化：（n=1、2、3……）
（2）能量量子化：（n=1、2、3……）
（3）频率条件：hν＝En－Em（n=1、2、3……）
课后反思