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.docx

第3节玻尔的原子模型课标要求知识与技能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.课标解读1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hE2E1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【课后知能检测】课标解读重点难点1.了解玻尔理论的主要内容2.掌握氢原子能级及轨道半径的规律.1.玻尔原子理论的基本假设(重点)2.玻尔理论对氢原子光谱的解释(难点)玻尔原子模型1.基本知识(1)玻尔理论的建立背景和观点经典理论的困难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(2)玻尔理论的内容基本假设内容轨道量子化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，这些状态叫做定态电子绕原子核做圆周运动，只能处在一些分立的轨道上，在这些轨道上绕核转动而不产生电磁辐射跃迁假说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h，例如，原子从定态E2跃迁到定态E1，辐射的光子能量为E2E1能量状态量子化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，电子不能在任意半径的轨道上运行，只有轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足mevrn(n1,2,3，) 这些轨道才是可能的n是正整数，称为量子数2.思考判断(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，这与原子通常是稳定的事实相矛盾.氢原子的能级结构1.基本知识(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En(n1,2,3，)；rnn2r1(n1,2,3，)，式中E113.6 eV，r10.531010 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rm和rn之比为rmrnm2n2.()(2)第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为EmEnn2m2.()(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.()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.对玻尔原子模型的理解【问题导思】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r10.053 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E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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hE2E1(或E1E2)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(2013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【答案】BD对原子能级跃迁的理解【问题导思】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NC.2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hEmEn(mn)，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n3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n3的定态，原子处于激发态，电子可能从n3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Eh，等于两定态能级的能量之差，可放出C种频率的光子(2)由hE知，波长最长的光子对应的E最小【解析】(1)由n3的激发态向低能级跃迁的路径为n3n2n1或n3n1，故能放出三种能量的光子(2)上述三种跃迁辐射中，由n3n2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E23.4 eV，E31.51 eV.hE3E2，由可得 m6.58107 m.【答案】(1)3(2)n3n2的跃迁6.58107 m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(n1)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.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n1,2,3,4各个能级的能量如图231所示，一群氢原子由n1的状态激发到n4的状态，在它回到n1的状态过程中()图231A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n4能级回到n1能级的过程中，可能发出的光子频率数n6种，发出光子的最大能量为E4E10.85 eV(13.6) eV12.75 eV，故B、C正确【答案】BC综合解题方略氢原子核外电 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14B速度之比为41C周期之比为18D动能之比为41【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rnn2r，所以轨道半径之比为r1r2122214，故A对根据库仑定律和牛顿第二定律有：km，vn，所以速度之比为21，故B错根据库仑定律和牛顿第二定律有：km()2rn，T，所以周期之比为18，故C对根据mvk，所以动能之比为41，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me，则1电子运动速度为v.2电子的动能为Ekmev2.3电子运动周期为T2.【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：hEmEn式中h是普朗克常量，Em和En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