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2019-2020年高中物理 《量子論視野下的原子模型》教案 滬科版選修3-5 【教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容及特點(diǎn)； （2）了解能級(jí)、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念 （3）了解波爾理論的成功和局限性 過(guò)程與方法 通過(guò)玻爾理論和氫光譜的學(xué)習(xí)和理解，了解人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程。 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)】 （1）玻爾原子理論的基本假設(shè)及相關(guān)概念； （2）玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。 【教學(xué)難點(diǎn)】 玻爾原子理論的基本假設(shè)及相關(guān)概念以及對(duì)請(qǐng)光譜的解釋。 【教學(xué)方法】 讀書(shū)自學(xué)、思考討論、啟發(fā)性講授。 【教學(xué)過(guò)程】 從盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論結(jié)合得到的“原子塌陷”結(jié)論，跟實(shí)際上原子的結(jié)構(gòu)卻相當(dāng)穩(wěn)定的事實(shí)之間的矛盾，引入人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行新的探索。 在這個(gè)問(wèn)題上丹麥物理學(xué)家玻爾提出了新的看法。 指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 玻爾是怎樣提出新的假設(shè)的，提出了那些主要假設(shè)？ n n n n 老師對(duì)玻爾假設(shè)解讀： 1、玻爾的創(chuàng)造性思維在于把普朗克的量子論到原子系統(tǒng)，提出了新的假設(shè)，建立了新的原子理論。 2、主要假設(shè)的內(nèi)容： （1）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，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。處于定態(tài)的原子不向外輻射能量，只有當(dāng)原子在兩個(gè)定態(tài)之間躍遷時(shí)才產(chǎn)生電磁輻射。 （這條假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的，通常稱“定態(tài)和能量量子化假設(shè)”） （2）原子從能量為Em的定態(tài)躍遷到能量為En定態(tài)時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即 式中h為普朗克恒量，ν為光子頻率。 （這條假設(shè)是針對(duì)線狀光譜提出的，通常稱“躍遷假設(shè)”，反映原子能量變化的規(guī)律） 玻爾在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，還計(jì)算出氫原子的電子可能的軌道半徑（叫做玻爾半徑）與電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量： 式中r1表示第一條（離核最近的）可能軌道的玻爾半徑，E1表示電子在這一條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量；rn、En 分別代表第n條可能軌道的玻爾半徑和電子在這一條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)氫原子的能量。 由此可見(jiàn)，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的取值是不連續(xù)的，只能是一系列分立的值。 （3）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。 （這是原子能量取值不連續(xù)的必然結(jié)果，通常稱“軌道半徑量子化假設(shè)”） 玻爾還具體算出：rn=0.5310-10m，E1= -13.6eV 討論與思考============================================================= 指導(dǎo)學(xué)生思考討論教材關(guān)于“玻爾假設(shè)與經(jīng)典物理學(xué)觀點(diǎn)的不同”的兩個(gè)問(wèn)題。 n n n n 指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，建立相關(guān)概念： 1、 能級(jí)： 在玻爾模型中，我們把原子在個(gè)定態(tài)的能量值叫做原子的能級(jí)。 2、 基態(tài)和激發(fā)態(tài)： 在正常狀態(tài)下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這一定態(tài)叫做基態(tài)。電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。 3、 氫原子能級(jí)圖： 見(jiàn)右圖。 上述公式中以及能級(jí)圖上的n值稱為量子數(shù)。 指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P.57，了解原子光譜的特點(diǎn)及產(chǎn)生的原因 1、 原子光譜的產(chǎn)生及其特點(diǎn) 2、 玻爾理論很好的解釋了氫光譜 案例分析：P.57 指導(dǎo)學(xué)生閱讀P.58，并思考： n 在解釋氫光譜上獲得了很大的成功，但在解釋比較復(fù)雜的原子光譜時(shí)遇到困難，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出入很大。 n 后來(lái)玻爾和其他物理學(xué)家終于明白了： 這個(gè)理論的成功之處在于引入了量子觀念，不足之處在于理論沒(méi)有徹底擺脫經(jīng)典物理學(xué)的束縛，保留了電子有確定的位置和動(dòng)量而繞原子核在圓周軌道上運(yùn)動(dòng)的概念，并用經(jīng)典力學(xué)原理加以計(jì)算。 這個(gè)模型是“普朗克量子觀念與經(jīng)典力學(xué)的混合模型”。 n 后來(lái)的量子力學(xué)表明，原子中電子的運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有確定的軌道，而是可以出現(xiàn)在原子內(nèi)的整個(gè)核外空間，只是在不同的地方出現(xiàn)的概率不同。 如果用疏密不同的點(diǎn)表示電子在各處出現(xiàn)的概率，畫(huà)出圖來(lái)就像云霧一樣。人們形象的稱這種圖為電子云。 計(jì)算表明：玻爾理論中的電子軌道，恰好是量子力學(xué)中電子出現(xiàn)概率最大的地方。 【課堂小結(jié)】 1、 玻爾原子模型（他提出的假設(shè)）： （1）原子的定態(tài)和能量量子化 （2）原子躍遷假設(shè) （3）原子核外電子的軌道量子化 2、 能級(jí)與原子光譜 （1）能級(jí)、基態(tài)、激發(fā)態(tài) （2）原子光譜、氫光譜 3、 玻爾理論的成就和局限 （1）成功之處： （2）不足之處： 【課后作業(yè)布置】 思考、討論與練習(xí)： 教材《家庭作業(yè)與活動(dòng)》1、2、3 vt