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2019-2020年高中物理 2.4 波爾的原子模型 能級(jí)教案 教科版選修3-5 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容； （2）了解能級(jí)、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。 2、過程與方法：通過玻爾理論的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解氫光譜的產(chǎn)生。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)我們對(duì)科學(xué)的探究精神，養(yǎng)成獨(dú)立自主、勇于創(chuàng)新的精神。 教學(xué)重點(diǎn)：玻爾原子理論的基本假設(shè)。 教學(xué)難點(diǎn)：玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。 教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 （一）引入新課 提問： （1）α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？ （2）原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容是什么？ （3）盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾？ 電子繞核運(yùn)動(dòng)（有加速度） 輻射電磁波 頻率等于繞核運(yùn)行的頻率 能量減少、軌道半徑減少 頻率變化 電子沿螺旋線軌道落入原子核 原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜 （矛盾：實(shí)際上是不連續(xù)的亮線） 原子是不穩(wěn)定的 （矛盾：實(shí)際上原子是穩(wěn)定的） 為了解決上述矛盾，丹麥物理學(xué)家玻爾，在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。 （二）進(jìn)行新課 1、玻爾的原子理論 （1）能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的） （2）躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為Em）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即（h為普朗克恒量）（本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出） （3）軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充） 2、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）公式： 軌道半徑： n=1，2，3…… 能 量： n=1，2，3…… 式中r1、E1、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，rn、En 分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。 3、氫原子的能級(jí)圖 從玻爾的基本假設(shè)出發(fā)，運(yùn)用經(jīng)典電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的理論，可以計(jì)算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量。 （1）氫原子的大?。簹湓拥碾娮拥母鳁l可能軌道的半徑rn： rn=n2r1， r1代表第一條（離核最近的一條）可能軌道的半徑 r1=0.5310-10 m 例如：n=2， r2=2.1210-10 m （2）氫原子的能級(jí)： 原子在各個(gè)定態(tài)時(shí)的能量值En稱為原子的能級(jí)。它對(duì)應(yīng)電子在各條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量En（包括動(dòng)能和勢(shì)能） En=E1/n2 n=1，2，3， E1代表電子在第一條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，E1=-13.6eV 注意：計(jì)算能量時(shí)取離核無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零，電子帶負(fù)電，在正電荷的場(chǎng)中為負(fù)值，電子的動(dòng)能為電勢(shì)能絕對(duì)值的一半，總能量為負(fù)值。 例如：n=2，E2=-3.4eV， n=3，E3=-1.51eV， n=4，E4=-0.85eV，…… 氫原子的能級(jí)圖如圖所示： 4、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 （1）基態(tài)和激發(fā)態(tài) 基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)，叫基態(tài)。 激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級(jí)時(shí)，電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。 課堂練習(xí) （1）對(duì)玻爾理論的下列說法中，正確的是（ ACD ） A．繼承了盧瑟福的原子模型，但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè) B．對(duì)經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波”的觀點(diǎn)表示贊同 C．用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系 D．玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來的 （2）下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（ C ） A．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量 B．原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會(huì)向外輻射能量 C．原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子 D．原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的 （3）根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的是（ ACD ） A．電子軌道半徑越大 B．核外電子的速率越大 C．氫原子能級(jí)的能量越大 D．核外電子的電勢(shì)能越大 （4）根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（ D ） A．可以取任意值 B．可以在某一范圍內(nèi)取任意值 C．可以取一系列不連續(xù)的任意值 D．是一系列不連續(xù)的特定值 （5）按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中（ C ） A．原子要發(fā)出一系列頻率的光子 B．原子要吸收一系列頻率的光子 C．原子要發(fā)出某一頻率的光子 D．原子要吸收某一頻率的光子