高中物理第2章原子结构2.4氢原子光谱与能级结构教案鲁科版选修3_5

2019-2020年高中物理 第2章 原子结构 2.3 玻尔的原子模型教案 鲁科版选修3-51．知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容．2．了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，并会用h ν＝E 2－E 1进行简单计算．3．能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型，可借助课本轨道示意图帮助学生很好的理解电子跃迁时的能态变化及原子发光机理．●教学地位本节内容是本章的重点，也是难点，玻尔理论的内容不易理解．介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出波尔理论的内容．这样讲，虽然理论上不够严谨，但简洁明了，学生容易接受．关于氢原子核外电子跃迁时辐射(或吸收)光子的问题，可根据不同层次的学生，选定难度．如对一般学生只要求计算能量差，层次较高的学生可以计算光子频率、波长等．玻尔理论的一个重要假设是原子能量的量子化，是人们认识原子结构的一个重要里程碑，它进一步说明微观世界中原子范围内的现象要用量子理论才能更好地解决．本节的重点是玻尔原子理论的基本假设，通过教学再次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.●新课导入建议 问题导入按照经典电磁理论的说法，只要给原子提供一定的能量，原子就会由低能量状态跃迁到高能量状态．实际上对于某种元素的原子，只有吸收一些特定大小的能量原子才能从低能量状态向高能量状态跃迁，这是为什么呢？本节课的学习便能解决此问题．●教学流程设计课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能点)1.(1)玻尔理论的建立背景和观点 ①经典理论的困难a ．电子绕原子核做圆周运动辐射能量，电子绕核运行的轨道半径也要减小，电子应沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此．B ．随着电子绕核运转的能量越来越少，转动频率越来越高，辐射的能量(发光)频率应连续，但元素的特征光谱的存在无法解释．②玻尔的观点：玻尔接受普朗克和爱因斯坦的量子化思想，并将原子结构与光谱联系起来．于1913年提出了量子化的原子模型．(1)玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型．(×)(2)玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量．(√) (3)原子跃迁时吸收或辐射光子的能量必须是两能级之差．(√) 3．探究交流请详细阐述原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾．【提示】 电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是1.(1)能级：按照玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态．在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值叫做能级．(2)氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为E n ＝E 1n(n ＝1,2,3，…)；r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，式中E 1≈－13.6 eV ，r 1＝0.53×10－10 m.(3)在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态叫做基态．(4)电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做激发态． 2．思考判断(1)第m 个定态和第n 个定态的轨道半径r m 和r n 之比为r m ∶r n ＝m 2∶n 2.(√)(2)第m 个定态和第n 个定态的能量E m 和E n 之比为E m ∶E n ＝n 2∶m 2.(√)(3)当氢原子由能量为E 的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝E h.(×)3．探究交流玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？【提示】 当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量．因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差．能量差值不同，发射的光频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光.1．玻尔原子模型的内容是什么？2．按玻尔理论，原子所处的能级是连续的吗？ 3．原子在不同能级间跃迁时一定吸收光子吗？ 1．轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值． 模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r 1＝0.053 nm ，其余可能的轨道半径还有0.212 nm 、0.477 nm 、…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．2．能量量子化与轨道量子化对应的能量不连续的现象．电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量形式称为能量量子化．3．跃迁原子从一种定态(设能量为E 2)跃迁到另一种定态(设能量为E 1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即h ν＝E 2－E 1(或E 1－E 2)．可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫做电子的跃迁．4．总而言之根据玻尔的原子理论假设，电子只能在某些可能的轨道上运动，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，处于定态．只有电子从一条轨道跃迁到另一条轨道上时才辐射能量，辐射的能量是一份一份的，等于这两个定态的能量差．这就是玻尔理论的主要内容．1．处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的．2原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小．玻尔在他的原子模型中所提出的假设有( )A．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子能量D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率【解析】由玻尔理论可知原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收或辐射一定频率的光子能量，原子的不同能量状态对应着电子不同运行轨道，所以A、B、C三项均正确．电子跃迁时辐射的光子频率由能级差决定，与电子绕核运动的频率无关，故D项错误．答案为A、B、C.【答案】ABC1．(xx·西安实验中学检测)关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是( )A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子的能量状态不可能是连续的C．原子的核外电子在轨道上运动时，要向外辐射能量D.原子的核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量【解析】原子的轨道是量子化的，其能量值也是量子化的；原子在某一状态时，电子的轨道是确定的，能量也是确定的，原子不向外辐射能量．1．原子的跃迁一定是从激发态向基态跃迁吗？2．原子跃迁过程可以吸收或辐射任意能量的光子吗？3．原子的跃迁只能发生在相邻的两个能级之间吗？1．能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝n n －＝C2n.22．光子的辐射与吸收由于原子的能级是一系列不连续的值，任意两个能级差也是不连续的，故原子辐射或吸收一些特定频率的光子．原子辐射光子后会从较高能级向较低能级跃迁；原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁．辐射或吸收光子的能量满足hν＝E m－E n(m＞n)，能级差越大，辐射或吸收光子的频率就越高．3．原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子向外辐射光子，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子吸收光子，原子能量增大．4．原子跃迁时需注意的两个问题(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．(2)注意直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同．实物粒子和原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，就可使原子受激发而向较高能级跃迁．有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，当它们跃迁时： (1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？【审题指导】 (1)本题中氢原子在n ＝3的定态，原子处于激发态，电子可能从n ＝3轨道向低轨道跃迁，向外以光子形式辐射能量，辐射的光子能量E ＝h ν，等于两定态能级的能量之差，可放出C 23种频率的光子．(2)由h ν＝ΔE 知λ＝hcΔE，波长最长的光子对应的ΔE 最小．【解析】 (1)由n ＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n 3→n 2→n 1或n 3→n 1，故能放出三种能量的光子．(2)上述三种跃迁辐射中，由n 3→n 2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长．由氢原子能级图知E 2＝－3.4 eV ，E 3＝－1.51 eV.h ν＝E 3－E 2，由ν＝c λ可得λ＝hc E 3－E 2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19 m ＝6.58×10－7m.【答案】 (1)3 (2)n 3→n 2的跃迁 6.58×10－7m一个氢原子与一群氢原子在能级分析中的差别1．如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n －1)．2．如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道，每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光条数N ＝n n －2.3．若知道每条光线的能量，可根据已知情况判定光线的波长或光线所在的区域．2．氢原子的n ＝1,2,3,4各个能级的能量如图2－3－1所示，一群氢原子由n ＝1的状态激发到n ＝4的状态，在它回到n ＝1的状态过程中( )图2－3－1A ．可能发出的能量不同的光子只有3种B ．可能发出6种不同频率的光子C ．可能发出的光子的最大能量是12.75 eVD ．可能发出的光子的最大能量是0.85 eV【解析】 由n ＝4能级回到n ＝1能级的过程中，可能发出的光子频率数n ＝－2＝6种，发出光子的最大能量为E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.6) eV ＝12.75 eV ，故B 、C 正确．子的轨道和能量根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时( ) A ．轨道半径之比为1∶4 B ．速度之比为4∶1 C ．周期之比为1∶8 D ．动能之比为4∶1【审题指导】 氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力充当向心力，根据圆周运动的知识结合牛顿第二定律求解．【规范解答】 由公式r n ＝n 2r ，所以轨道半径之比为r 1∶r 2＝12∶22＝1∶4，故A 对．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m v 2nr n，v n ＝ke 2mr n ，所以速度之比为v 1v 2＝r 2r 1＝2∶1，故B 错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m (2πT )2r n ，T ＝4π2mr 3n ke2， 所以周期之比为T 1T 2＝r 1r 23＝1∶8，故C 对．根据12mv 2n ＝12k e2r n，所以动能之比为E k1E k 2＝r 2r 1＝4∶1，故D 对． 【答案】 ACD在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看做轨道半径为r 的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有ke 2r 2＝m e v 2r，则1．电子运动速度为v ＝k e 2m e r .2．电子的动能为E k ＝12m e v 2＝ke22r .3．电子运动周期为T ＝2πr v ＝2πm e r 3ke 2.【备课资源】(教师用书独具)关于玻尔模型假设的补充教学玻尔作为卢瑟福的学生曾在卢瑟福实验室工作过四个月，并参加了α粒子散射的实验工作，对原子核式结构模型的正确性是坚信不疑的！为此他要设法找到一个根本性的修正办法，即一种新的理论，既能保留卢瑟福的原子核式结构模型，又能导出原子的稳定性并解释线状谱．在玻尔模型提出之前，物理学界的几件大事，对他很有启发．一是1900年德国物理学家普朗克为了解释黑体辐射实验，提出能量量子化概念，他认为物质中的原子和分子可看成某种能吸收和放射电磁辐射的“振子”，这种“振子”的能量不是连续变化的，而只能取一些分立值．二是1905年爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律，提出光量子假定，即可将电磁波看做是光子组成的．三是1885年瑞士物理学家巴耳末分析了可见光区的四条谱线，说明了原子光谱波长的分立特性．玻尔仔细地分析和研究了当时已知的大量光谱数据和经验公式，特别是受到了巴耳末公式的启示，很快写出了《原子结构和分子构造》的著名论文．论文把卢瑟福、普朗克、爱因斯坦的思想结合起来，克服了经典物理学解释原子稳定性的困难．玻尔在1922年接受诺贝尔奖所作的演讲中提到1913年他提出的两个假设．1．设想原子系统的可能运动状态中存在着所谓的“稳定态”，在这些状态中，粒子的运动虽然在很大程度上遵守经典物理学规律，但这些状态的独特稳定性不能用经典物理学来解释．原子系统的每个变化只能是从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态．2．与经典电磁理论相反，稳定原子不发生辐射，只有在两个稳定态之间跃迁才产生电磁辐射．辐射的特性由下面的关系来决定：h ν＝E m －E n式中h 是普朗克常量，E m 和E n 是原子在两个稳定态，即辐射过程中的始态和末态的能量值．反之，用这种频率的电磁波照射原子时，可引起吸收过程，使原子从后一稳定态跃迁回前一个稳定态．玻尔在这两条假设的基础上，解释了氢原子光谱的规律，并从理论上算出了里德伯常数的值，预言了氢的一些新谱线．玻尔理论的一个最重要的成果还在于建立了经典概念与量子概念之间的对应原理，对量子论和原子物理的发展有重大贡献.1．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( ) A ．它彻底否定了经典的电磁理论 B ．它发展了卢瑟福的核式结构学说 C ．它完全抛弃了经典的电磁理论 D ．它引入了普朗克的量子理论 【解析】 原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．【答案】 BD2．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是( ) A ．原子可以处于连续的能量状态中 B ．原子的能量状态不是连续的C ．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D ．原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的 【解析】 玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到了困难，引入量子化观念建立了新的原子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子不向外辐射能量，由此可知B 正确．【答案】 B3．(xx·福三中检测)根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指( )A ．电子的动能B ．电子的电势能C ．电子的动能与电势能之和D ．电子的动能、电势能和原子核能量之和【解析】 根据玻尔理论，电子绕核做圆周运动时，库仑力提供向心力，故电子的能量是指电子的总能量，包括动能和电势能，故C 正确．【答案】 C 4．(xx·东北师大附中检测)有一个处于量子数n ＝3的激发态中的氢原子在向低能级跃迁时，最多可能发出的光子个数为( )A ．1B ．2C ．3D ．无法确定【解析】 这里是一个氢原子，一种可能是从n ＝3跃迁到n ＝1，另一种可能是从n ＝3到n ＝2再到n ＝1，这两种可能中只有一种可能发生，故B 正确．【答案】 B5．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10m ，量子数为n 的能级值为E n ＝－13.6n2 eV.(1)求电子在基态轨道上运动时的动能．(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态．画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．(其中静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，电子电量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c ＝3.0×108m/s)【解析】 (1)设电子的质量为m ，电子在基态轨道上的速率为v 1，根据牛顿第二定律和库仑定律有m v 21r 1＝ke 2r 21，所以E k ＝12mv 21＝ke 22r 1＝9.0×109－1922×0.528×10－10J ＝2.18×10－18J ＝13.6 eV.(2)当氢原子从量子数n ＝3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示．(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E 3－E 1.λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3×108[－1.5－－－19 m＝1.03×10－7m.【答案】 (1)13.6 eV (2)见解析(3)1.03×10－7m2019-2020年高中物理 第2章 原子结构 2.4 氢原子光谱与能级结构教案鲁科版选修3-5三维教学目标 1、知识与技能（1）了解光谱的定义和分类；（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； （3）了解经典原子理论的困难。

第三节波尔的原子模型三维教学目标1、知识与技能（1）了解玻尔原子理论的主要内容；（2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。

2、过程与方法：通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生。

3、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：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。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

（一）引入新课提问：（1）α粒子散射实验的现象是什么？（2）原子核式结构学说的内容是什么？（3）卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾？为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。

（二）进行新课1、玻尔的原子理论（1）能级（定态）假设：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，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

这些状态叫定态。

（本假设是针对原子稳定性提出的）（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为En）跃迁到另一种定态（设能量为E m）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即h??Em?En（h为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）（3）轨道量子化假设：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。

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。

（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）2、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：轨道半径：rn?n2r1 n=1，2，3??能量： En?1E1 n=1，2，3??式2n中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。

3、氢原子的能级图从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。

第2节原子的核式结构模型
教学目标
一、知识与技能
1．了解原子结构模型建立的历史过程与各种模型建立的依据。

2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，与原子核式结构模型的主要内容。

二、过程与方法
1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析归纳中得出结论的逻辑推理能力。

2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化与其在物理学开展过程中的作用。

三、情感、态度与价值观
1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。

2．认识实验对理论开展的重要作用。

3. 通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学开展的重要意义。

教学重点和难点
教学重点
1．引导学生自主思考讨论，对α粒子散射实验的结果分析从而否认枣糕模型，得出原子的核式结构；
2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微。

3.光谱氢原子光谱[学习目标] 1.了解光谱、连续谱、线状谱等概念．(重点)2.知道光谱分析及其应用．(重点)3.知道氢原子光谱的规律．(重点、难点)一、光谱的类型和光谱分析1．光谱复色光分解为一系列单色光，按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱．2．分类(1)连续谱：由波长连续分布的彩色光带组成的光谱．(2)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱．(3)吸收光谱：连续光谱中某些特定频率的光被物质吸收而形成的谱线．(4)线状谱：由分立的谱线组成的光谱．(5)原子光谱：对于同一种原子，线状谱的位置是相同的，这样的谱线称为原子光谱．3．光谱分析(1)定义：利用原子光谱的特征来鉴别物质和确定物质的组成部分．(2)优点：灵敏度、精确度高．二、氢原子光谱1．氢原子光谱的获得在真空管中充入稀薄的氢气，在强电场的激发下，氢原子就会发光，通过分光镜就可以观察到氢原子光谱．2．氢原子光谱的规律(1)巴尔末公式：λ＝B n2n2－4，(n＝3,4,5， (11)(2)意义：巴尔末公式反映了氢原子光谱的分立特征．(3)广义巴尔末公式：1λ＝R H⎝⎛⎭⎪⎫1m2－1n2，(m＝1,2,3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)R H为里德伯常量．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)(2)不同原子的发光频率是不一样的．(√)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)(4)氢原子光谱是利用氢气放电管获得的． (√) (5)由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱． (√) (6)在巴尔末公式中，n 值越大，氢光谱的波长越长． (×)2．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是( ) A ．原子光谱是不连续的 B ．原子光谱是连续的C ．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的D ．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同AD [原子光谱为线状谱，A 正确，B 错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C 错误，D 正确．]3．(多选)巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，下列说法正确的是( )A ．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B ．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C ．巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式D ．巴尔末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的 CD [由于巴尔末是利用当时已知的在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴尔末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只有若干特定频率的光，C 、D 正确．]对光谱和光谱分析的理解12．光谱分析的应用(1)应用光谱分析发现新元素；(2)鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素；(3)应用光谱分析鉴定食品优劣；(4)探索宇宙的起源等．【例1】关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以用连续谱D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成B[太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．光谱分析不能用连续谱．]1．太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于________．[解析]吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气层的元素原子吸收而产生的．[答案]太阳表面大气层中存在着相应的元素氢原子光谱的规律及应用1.从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示．2．氢原子光谱的特点在氢原子光谱图中的可见光区内，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．3．巴尔末公式(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：λ＝Bn 2n 2－4(或1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2)，n ＝3,4,5，…该公式称为巴尔末公式． (2)公式中只能取n ≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．4．在氢原子光谱的紫外区和红外区，氢原子谱线可用广义巴尔末公式来描述 赖曼系 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2，(n ＝2,3,4，…)(紫外) 帕邢系1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2，(n ＝4,5,6，…)(近红外) 布喇开系1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫142－1n 2，(n ＝5,6,7，…)(红外) 这些谱线波长公式统一起来，就是广义巴尔末公式： 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫1m2－1n 2，(m ＝1,2,3，…；n ＝m ＋1，m ＋2，m ＋3，…)由上式，当m ＝1时，得到赖曼系(在紫外区)；当m ＝2时，得到巴尔末系；当m ＝3时，得到帕邢系；当m ＝4时，得到布喇开系．(R H 为里德伯常量，R H ＝1.096 775 81×107m －1)【例2】 巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，对此，下列说法正确的是( )A ．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B ．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C ．巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式D ．巴尔末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的 C [巴尔末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A 错，C 对；巴尔末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B 、D 错．](1)巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．(2)公式中n 只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立的值． (3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区的谱线也适用．2．氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的光波的波长为λ1，波长次之为λ2，则λ1λ2＝________.[解析] 由1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2得：当n ＝3时，波长最长，1λ1＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－132，当n ＝4时，波长次之，1λ2＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－142，解得：λ1λ2＝2720.[答案]2720课 堂 小 结 知 识 网 络1.光谱的概念及分类.2.光谱分析及应用.3.氢原子光谱特点及应用.1．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是( )A ．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B ．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C ．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D ．我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成B [由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A 错误；某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B 正确；高温物体发出的光通过其它物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C 错误；月亮反射到地面的光是太阳光，D 错误．]2．下列说法正确的是( )A ．所有氢原子光谱的波长都可由巴尔末公式求出B ．巴尔末公式中的n 可以连续取值C ．巴尔末系是氢原子光谱中的不可见光部分D ．氢原子光谱是线状谱的一个例证 [答案] D3．氢原子光谱除了巴尔末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2，n ＝4,5,6，…，R ＝1.10×107 m －1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求n ＝6时，对应的波长为多大？[解析] 由帕邢系的公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2 当n ＝6时，得λ≈1.09×10－6m. [答案] 1.09×10－6m。

玻尔的原子模型一、学情分析教学内容分析：本课是高中物理选修3-4（鲁科版）第二章第三节内容。

本节课在学习“电子的发现和汤姆孙模型”与“原子的核式结构模型”的基础上，在学生初步了解人类在探索原子结构历史上的经典实验和部分原子模型的基础上进一步学习原子结构新理论。

本节课以哲学上的否定和继承性的发展为主线脉络，凸显科学发展历程的艰辛和成就，在卢瑟福原子核式结构模型的基础上结合经典电磁理论的困难引出玻尔的原子模型，并为氢原子光谱分析的学习奠定良好的基础。

因此在教学中应引导学生小组交流学习，采用启发式教学，综合玻尔理论解决核式结构的不足，培养学生运用知识的能力。

在发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的探究过程中，能够激发学生强烈的学习愿望和体会科学家勇于探索、实事求是的科学态度和科学精神，体验学习之快。

学习者分析：知识储备上学生已经知道汤姆孙拉开原子的研究序幕、卢瑟福确定了原子研究的正确方向、天体模型等相关知识、初步具备获取知识、总结规律的能力、学习意识上学生对该部分内容较有兴趣，同时体现出较为强烈的求知欲望。

但学生的语言表述能力不够理想、部分学生的建模意识不够强烈，加之本节较为抽象且量子论的理解存在困难，故学生对此有一定的畏惧心理。

二、教学目标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①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。

②通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷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。

三、学习重难点重点：玻尔原子理论的基本假设。

难点：玻尔理论对氢光谱的解释。

四、设计思想学生是学习的主体，以学生为中心、善于捕捉学生的好奇心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。

第2讲原子结构原子核学问排查原子结构1.电子的发觉：英国物理学家汤姆孙发觉了电子。

2.原子的核式结构(1)α粒子散射试验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的试验，试验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回。

(如图1所示)图1(2)原子的核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动。

氢原子光谱1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长绽开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

2.光谱分类3.氢原子光谱的试验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。

4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。

在发觉和鉴别化学元素上有着重大的意义。

氢原子的能级、能级公式1.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列能量不连续的状态中。

在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或汲取肯定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差确定，即hν＝E m－E n。

(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，原子的能量状态是不连续的，电子不能在随意半径的轨道上运行。

2.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图2所示图2(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV。