玻尔的原子模型教案

第4节 玻尔的原子模型

2014年5月9日星期五 主讲：方树君

教学内容

高二物理选修3-5第十八章第四节《玻尔的原子模型》

三维目标

1．知识与技能

（1）了解玻尔原子结构假说的主要内容。知道轨道量子化、能级、能量量子化以及基态、激发态的概念；知道原子跃迁的频率条件。

（2）了解玻尔理论对氢光谱的解释。

（3）了解玻尔模型的局限性。

2．过程与方法

学生通过对玻尔理论的学习，探索经典物理学无法解释的两个问题的答案。

3．情感、态度与价值观

培养学生对科学的探究精神，让学生养成敢于提出问题，勇于探索答案的科学习惯。 教学重点

玻尔的原子结构假说的两个内容：

（1）轨道量子化与定态；

（2）频率条件。

教学难点

1．原子的能量包括哪些；原子能量、动能、势能的变化。

2．玻尔理论对氢光谱的解释。

教学方法

教师引导、讲解，学生讨论、交流。

教学过程

一、引入

汤姆孙发现电子：原子是可分割的―→汤姆孙的“西瓜模型”或“枣糕模型” ―→卢瑟福α粒子散射实验：否定了汤姆孙的原子模型―→提出原子核式结构模型―→经典物理学无法解释：① 原子的稳定结构；② 原子光谱的分立特征。

二、玻尔原子结构假说的内容

1．轨道量子化与定态

（1）电子的轨道是量子化的，必须满足：12r n r n （n=1，2，3……）

电子在这些轨道上绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射，所以原子是稳定的。电子的轨道半径只可能取某些分立的数值。如氢原子：r 1=0.053nm ，r 2=0.212nm ，r 3=0.477nm ……轨

道半径不可能介于这些数值中间的某个值。

请举例说明物体的位置可以是不连续的？

①人在楼梯走动时脚停留的位置；

②棋盘上棋子的摆放位置。

电子绕核运动轨道与卫星的运动轨道是不一样的。卫星绕地球转动的轨道半径可按需要去任意值，轨道半径是连续的。

（2）定态

在不同轨道上运动，原子的状态是不同的，原子有不同的能量。轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，满足：121E n

E n =

（n=1，2，3……） 问题：原子的能量包括哪些？ ① 电子绕核运动的动能；r v m r e k 2

22= mr

ke v 2

= ② 电子——原子核这个系统具有的势能。

能级：这些量子化的能量值叫做能级。

定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。

基态：能级最低的状态叫做基态。

激发态：其他的状态叫做激发态。

以氢原子为例，基态：：E 1=-13.6eV 代表电子在最靠近原子核的轨道上运动时整个原子的能量，此时原子是最稳定的。

问题：原子的能量为什么是负值？

激发态：n=2，E 2=-3.4eV ；n=3，E 3=-1.51eV ；n=4，E 4=-0.85eV ；……此时原子比较不稳定。

综上：轨道量子化与定态，解释了为什么原子是稳定的。

氢原子能级图

2．频率条件

问题：电子在定态轨道上运动，不会发生电磁辐射，为什么我们会观察到原子光谱？

（1）跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态，称为跃迁。

①高―→低：放出光子νh （自发的）

②吸收光子νh ：低―→高

问题：为何用“跃”字？

（2）跃迁的频率条件：n m E E h -=ν（m>n ）

原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程。吸收或辐射光子的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。

综上：跃迁的频率条件，解释了原子光谱的分立特征。

三、玻尔理论对氢光谱的解释

1．根据玻尔理论推导出巴尔末公式，从理论上算出里德伯常量R 的值。

2．玻尔理论很好解释甚至预言氢原子的其他谱线。

三、玻尔模型的局限性

1．保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。

2．对稍微复杂一点的原子如氦原子，就无法解释他的光谱现象。

电子云：某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率。

甲图为n=1 ，乙图为n=2的几个可能状态中的一个。

四、课堂练习

1、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ）

A 、可以取任意值

B 、可以在某一范围内取任意值

C 、可以取一系列不连续的任意值

D 、是一系列不连续的特定值

2（双）、根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后，下列判断正确的是（ ）

A 、氢原子的能级减小

B 、电子绕核运动的轨道半径增大

C 、电子的动能减小

D 、氢原子的势能减小

3（双）、氢原子能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时（ ）

A ．辐射光子的能量可能是连续的

B ．最多辐射出3种不同频率的光子

C ．最多辐射出6种不同频率的光子

D ．由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最短

4（双）、对处于基态氢原子，下列说法正确的是（ ）

A 、它能吸收10eV 的光子

B 、它能吸收14eV 的光子

C 、它能吸收11eV 的光子

D 、它能吸收具有11eV 动能的电子的部分动能

五、布置作业

附：板书设计

第4节 玻尔的原子模型

一、原子结构假说

1．轨道量子化与定态

2．频率条件

n m E E h -=ν

二、对氢光谱的解释

三、局限性