玻尔的原子模型教案

1 第第 4 节节 玻尔的原子模型玻尔的原子模型 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 教学方法教学方法 教师引导 讲解 学生讨论 交流 教学过程教学过程 一 引入一 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 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 原子的稳定结构 原子光谱的分立特征 二 玻尔原子结构假说的内容二 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 n 1 2 3 1 2r nrn 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 r1 0 053nm r2 0 212nm r3 0 477nm 2 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 人在楼梯走动时脚停留的位置 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 n 1 2 3 1 2 1 E n En 问题 原子的能量包括哪些 电子绕核运动的动能 r v m r e k 2 2 2 mr ke v 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 E1 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 E2 3 4eV n 3 E3 1 51eV n 4 E4 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 高 低 放出光子 自发的 h 吸收光子 低 高 h 3 问题 为何用 跃 字 2 跃迁的频率条件 m n nm EEh 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 4 四 课堂练习四 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