人教版 (2019)4 氢原子光谱和玻尔的原子模型优质教案设计

这是一份人教版 (2019)4 氢原子光谱和玻尔的原子模型优质教案设计，共11页。教案主要包含了光谱，氢原子光谱的实验规律，经典理论的困难，玻尔原子理论的基本假设，玻尔理论对氢光谱的解释，玻尔理论的局限性等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
4.2氢原子光谱和玻尔的原子模型
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；第二部分是玻尔原子理论的基本假设、玻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重点难点。
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。
玻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）。尽管玻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。
学情分析
学生经过之前的学习已经掌握了普朗克黑体辐射理论、光电效应、原子的核式结构模型、圆周运动、牛顿运动定律以及天体运动等相关的理论知识，为本节课的学习提供了理论支撑。
本节课涉及的新概念比较多，而能级、定态、基态、激发态和跃迁等概念又学情分析比较抽象，利用类比、课堂讨论等方法，以帮助学生理解消化。除此之外，学生具有一定的逻辑推理能力，所以为了让学生更好地理解玻尔理论是经典理论和量子化条件的混合物，因此在学生能力范围内让学生体会理论推导过程，让学生体会科学假设、科学推理、模型建构、质疑创新等科学思维过程。
教学目标
物理观念：知道玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。
科学思维：掌握玻尔理论对氢光谱的解释，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。
科学探究：通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究能力。
科学态度与责任：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。
教学重难点
教学重点：玻尔原子理论的基本假设
教学难点：玻尔理论对氢光谱的解释
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？
学生观看课件并思考
引入新课内容，激发学生好奇心
新课教学
一、光谱
（一）光谱
用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开
光谱：光按波长（频率）和强度分布的记录（有时只是波长成分的记录）。
光谱的分类：发射光谱和吸收光谱。
（二）各种光谱的特点及成因
光谱举例
钠的吸收光谱
（三）光谱分析
由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学成分。这种方法叫做光谱分析。光谱分析法由基尔霍夫开创的。
（1）原理：利用发射光谱和吸收光谱。
（2）优点：非常灵敏而且迅速。样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。
（3）应用：发现新元素和研究天体的化学组成。
（4）同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
观看视频（光谱的分类）
小试牛刀
【例题】(多选)下列关于光谱的说法正确的是( CD )
A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱
B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分
C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光
D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分
【例题】(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( BC )
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱
D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
实验观察，知道并理解光谱的概念。
通过观察区分连续光谱和线状谱。
完成实验观察。
通过实验观察，知道并理解光谱的概念。提高学生的科学探究能力。
通过实验观察，得到与已有知识不同的现象，引出新知识，让学生更易理解新知识，同时提高学生发现知识探索知识的能力。
加深学生对新知识点的理解，强化记忆。
二、氢原子光谱的实验规律
（一）实验
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。从氢气放电管可以获得氢原子光谱。
（二）氢原子的光谱
1、氢原子在可见光区有四条谱线。氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。
2、氢原子的谱线由不同色亮线组成，每种颜色对应着一种波长。
3、可见光的波长范围： 4.0×10-7m～7.6×10-7m (400nm～760nm)。
（三）
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。
观看视频（氢原子光谱的实验规律）
小试牛刀
【例题】巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式，对此，下列说法 正确的是( C )
A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式
D.巴耳末公式准确反映了氢原子发光的所有情况，其波长的分立值并不是人为规定的
【例题】下列说法中正确的是( D )
A.巴耳末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系
B.根据巴耳末公式不仅可以分析氢原子光谱,也可以分析其他原子的发光光谱
C.由巴耳末公式得到的波长都在可见光波段
D.氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区
阅读教材、回答问题。
观察所出现的现象。。
通过实验现象让学生更直观的感受分子的运动。培养科学思维和科学探究的核心素养。
提高学生的课堂参与度。
帮助学生更好的理解本节课的重难点。培养科学态度与责任的核心素养。
三、经典理论的困难
卢瑟福原子核式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。但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。
1、按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事实上原子是个稳定的系统。
电子绕核转动的经典图景
2、轨道及转动频率不断变化，辐射的电磁波频率也是连续的， 即原子光谱应是连续的光谱。而实际上看到的是分立的线状谱。
这些矛盾说明尽管经典物理学理论可以很好地应用宏观物休，但它不能解释原子世界的现象。
观看视频（经典理论的困难）
小试牛刀
【例题】(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法中正确的是( BC )
A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上
C．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的
D．氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论
观察实验现象，总结结论。
学生和老师一起总结
培养科学思维和科学探究的核心素养。
培养科学态度与责任的核心素养。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
四、玻尔原子理论的基本假设
玻尔原子理论假设的基础
假设1、轨道量子化—针对原子核式结构模型提出
绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。
假设2：能量量子化（定态、能级）—针对原子的稳定性提出
假设3：频率条件(跃迁假说）—针对原子光谱是线状谱提出
观看视频（玻尔的假设）
小试牛刀
【例题】关于玻尔原子理论，下列说法中不正确的是( B )
A．继承了卢瑟福的核式结构模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B．氢原子核外电子的轨道半径越大，核外电子动能越大
C．能级跃迁吸收(辐射)光子的频率由两个能级的能量差决定
D．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
【例题】(多选)氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是( ABC )
A．电子绕核旋转的轨道半径增大
B．电子的动能减小
C．氢原子的电势能增大
D．氢原子的能级减小
学习玻尔原子理论的基本假设。
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。
巩固知识点，加强理解和记忆。
五、玻尔理论对氢光谱的解释
1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）—发射光子
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。
发射光子的能量：
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、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）—吸收光子
吸收光子的能量：
吸收光子的能量必须等于能级差
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
★★★3.电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）：吸收能量
①吸收光子（光照）
1）原子的电离:原子由某一定态轨道跃迁到最高能级n=∞的过程。（对于能量大于或等于13.6eV的光子，氢原子电离，即原子结构被破坏）
电离条件：
注意：En为负值
电离后电子剩余动能为：
2）光子使原子跃迁（n→m）:光子的能量必须等于能级差，才能被吸收。（对于能量小于13.6eV的光子，光子能量必须恰好等于能级差"hν = Em − En(m＞n)"；即要么全被吸收，要么不吸收。）
跃迁条件：
要么全被吸收，要么不吸收。
从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）
从低能级向高能级跃迁（受激跃迁）
观看视频（玻尔理论对氢光谱的解释）
观看视频（能级跃迁与电离）
小试牛刀
【例题】氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是( C )
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低
C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量
学习玻尔理论对氢光谱的解释，理解跃迁和电离的概念。
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。
六、玻尔理论的局限性
观看视频（玻尔理论的局限性）
科学漫步
光谱分析
由基尔霍夫开创的光谱分析方法对鉴别化学元素有着巨大的意义。许多化学元素，像艳、物、铊、铜、镓，都是在实验室里通过光语分析发现的。
光谱分析还为深入原子世界打开了道路。近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的。
回顾科学家们对电子结构的探索历程，了解玻尔理论的局限性。
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。
课堂总结
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本节到此原子结构的认识史就大致讲完了，学生对原子内部的结构有个大概的认识，但是期间许多科学家提出的模型都是由局限性的，即使最后的波尔理论也是如此，那么这就会给学生一种感受——这些东西不重要。
教学时可以看到，每一种新理论的建立，都是依靠观察和实验所获得的事实，但他们要不断的被新的实验事实推翻、修正，科学上是以这样的方式在不断前进。而前进道路上的每一步，都为这个进程做出了贡献，正如波尔模型虽然最终被修正了，但他讲量子论的影响大大扩展了，功不可没。