2019-2020年高中物理 2.4 波爾的原子模型 能級教案 教科版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 2.4 波爾的原子模型 能級教案 教科版選修3-5 三維教學目標 1、知識與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容； （2）了解能級、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。 2、過程與方法：通過玻爾理論的學習，進一步了解氫光譜的產(chǎn)生。 3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)我們對科學的探究精神，養(yǎng)成獨立自主、勇于創(chuàng)新的精神。 教學重點：玻爾原子理論的基本假設。 教學難點：玻爾理論對氫光譜的解釋。 教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。 （一）引入新課 提問： （1）α粒子散射實驗的現(xiàn)象是什么？ （2）原子核式結(jié)構(gòu)學說的內(nèi)容是什么？ （3）盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學說與經(jīng)典電磁理論的矛盾？ 電子繞核運動（有加速度） 輻射電磁波 頻率等于繞核運行的頻率 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 原子光譜應為連續(xù)光譜 （矛盾：實際上是不連續(xù)的亮線） 原子是不穩(wěn)定的 （矛盾：實際上原子是穩(wěn)定的） 為了解決上述矛盾，丹麥物理學家玻爾，在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。 （二）進行新課 1、玻爾的原子理論 （1）能級（定態(tài)）假設：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，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設是針對原子穩(wěn)定性提出的） （2）躍遷假設：原子從一種定態(tài)（設能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設能量為Em）時，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）（本假設針對線狀譜提出） （3）軌道量子化假設：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應。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。（針對原子核式模型提出，是能級假設的補充） 2、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學計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動時的能量（包括動能和勢能）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動時的能量，rn、En 分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運動時的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。 3、氫原子的能級圖 從玻爾的基本假設出發(fā)，運用經(jīng)典電磁學和經(jīng)典力學的理論，可以計算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應的能量。 （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： 原子在各個定態(tài)時的能量值En稱為原子的能級。它對應電子在各條可能軌道上運動時的能量En（包括動能和勢能） En=E1/n2 n=1，2，3， E1代表電子在第一條可能軌道上運動時的能量，E1=-13.6eV 注意：計算能量時取離核無限遠處的電勢能為零，電子帶負電，在正電荷的場中為負值，電子的動能為電勢能絕對值的一半，總能量為負值。 例如：n=2，E2=-3.4eV， n=3，E3=-1.51eV， n=4，E4=-0.85eV，…… 氫原子的能級圖如圖所示： 4、玻爾理論對氫光譜的解釋 （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，這時電子在離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)，叫基態(tài)。 激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級時，電子在離核較遠的軌道上運動，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。 課堂練習 （1）對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，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設 B．對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運動的電荷要輻射電磁波”的觀點表示贊同 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．玻爾的兩個公式是在他的理論基礎上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學計算出來的 （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，每個狀態(tài)都對應一定的能量 B．原子中，雖然核外電子不斷做加速運動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會向外輻射能量 C．原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子 D．原子的每一個能量狀態(tài)都對應一個電子軌道，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．氫原子能級的能量越大 D．核外電子的電勢能越大 （4）根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運動的半徑（ 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