《2022年高中物理 原子結(jié)構(gòu) 能級(jí) 玻爾的原子模型教案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 原子結(jié)構(gòu) 能級(jí) 玻爾的原子模型教案 新人教版選修3-5（4頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 原子結(jié)構(gòu) 能級(jí) 玻爾的原子模型教案 新人教版選修3-5 一、教學(xué)目標(biāo) 　　1．了解玻爾的三條假設(shè)． 　　2．通過(guò)公式 和 使學(xué)生了解原子能級(jí)、軌道半徑和量子數(shù) 的關(guān)系． 　　3．了解玻爾理論的重要意義． 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 　　1．玻爾理論是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)學(xué)習(xí)玻爾的三條假設(shè)使學(xué)生了解玻爾把原子結(jié)構(gòu)的理論向前推進(jìn)了一步． 　　2．電子在可能的軌道上的能量是指電子總的能量，即動(dòng)能和電勢(shì)能的和，這點(diǎn)學(xué)生容易產(chǎn)生誤解；對(duì)原子發(fā)光現(xiàn)象的解釋也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)． 三、主要教學(xué)過(guò)程 （一）新課引入 　　前一節(jié)提到盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)跟經(jīng)典的電磁理論產(chǎn)生了矛

2、盾，這說(shuō)明了經(jīng)典的電磁理論不適用于原子結(jié)構(gòu)，那么怎么解釋原子是穩(wěn)定的？又怎么解釋原子發(fā)光的光譜不是連續(xù)光譜呢？ （二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì) 　　1．玻爾的原子模型． 　?。?）原子的穩(wěn)定性． 　　經(jīng)典的電磁理論認(rèn)為電子繞原子核旋轉(zhuǎn)，由于電子輻射能量，因此隨著它的能量減少，電子運(yùn)行的軌道半徑也減小，最終要落入原子核中． 　　玻爾在1913年結(jié)合普朗克的量子理論針對(duì)這一問(wèn)題提出新的觀點(diǎn)． 　玻爾假設(shè)一：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)叫做定態(tài)． 　　說(shuō)明：這一說(shuō)法和事實(shí)是符合得很好的，電子并沒(méi)有被庫(kù)侖力吸引到核上，

3、就像行星繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)一樣．這里所說(shuō)的定態(tài)是指原子可能的一種能量狀態(tài)，有某一數(shù)值的能量，這些能量包含了電子的動(dòng)能和電勢(shì)能的總和． 　?。?）原子發(fā)光的光譜． 　　經(jīng)典的電磁理論認(rèn)為電子繞核運(yùn)行的軌道不斷的變化，它向外輻射電磁波的頻率應(yīng)該等于繞核旋轉(zhuǎn)的頻率．因此原子輻射一切頻率的電磁波，大量原子的發(fā)光光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜． 　　玻爾針對(duì)這一問(wèn)題提出新的觀點(diǎn)． 　　玻爾假設(shè)二：原子從一種定態(tài)（ ）躍遷到另一種定態(tài)（ ）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： ． 　　說(shuō)明：這一說(shuō)法也和事實(shí)符合得很好，原子發(fā)光的光譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的明線光譜． 　

4、?。?）原子能量狀態(tài)和電子軌道． 　　玻爾假設(shè)三：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． 　　2．氫原子的軌道半徑和能量． 　　玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫(kù)侖定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量． 　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果概括為公式： 　　 ， ， 　　說(shuō)明公式中 、 和 、 的意義，并說(shuō)明 是正整數(shù)，叫做量子數(shù)， 　　 m， eV． 　　 時(shí)，相應(yīng)的能量為： 　　 eV、 eV、 eV… 　　 　　3．氫原子的能級(jí)． 　　氫原子的各種定態(tài)時(shí)的能量值叫做能極，根據(jù)以上的計(jì)算，

5、可畫出示意的能級(jí)圖． 　　原子最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)叫做基態(tài)，比基態(tài)能量高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)． 　　原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷，電子克服庫(kù)侖引力做功增大電勢(shì)能，原子的能量增加要吸收能量． 　　原子也可以從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，電子所受庫(kù)侖力做正功減小電勢(shì)能，原子的能量減少要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出． 　　明確：原子的能量增加是因?yàn)殡娮釉黾拥碾妱?shì)能大于電子減少的動(dòng)能；反之原子的能量減少是因?yàn)殡娮訙p少的電勢(shì)能大于電子增加的動(dòng)能． 　　原子無(wú)論吸收能量還是輻射能量，這個(gè)能量不是任意的，而是等于原子發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差． 　　明確：一個(gè)原子可以有許多不同的能量狀態(tài)和相應(yīng)的能級(jí)，但

6、在某一時(shí)刻，一個(gè)原子不可能既處于這一狀態(tài)也處于那一狀態(tài)．如果有大量的原子，它們之中有的處于這一狀態(tài)，有的處于那一狀態(tài)．氫光譜的觀測(cè)就說(shuō)明了這一事實(shí)，它的光譜線不是一個(gè)氫原子發(fā)出的，而是不同的氫原子從不同的能級(jí)躍遷到另一些不同能級(jí)的結(jié)果． 　　例1：氫原子的基態(tài)能量為 ，電子軌道半徑為 ，電子質(zhì)量為 ，電量大小為 ．氫原子中電子在 的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速率為 ，氫原子從 的定態(tài)躍遷到 的基態(tài)過(guò)程中輻射光子的波長(zhǎng)為 ，則以下結(jié)果正確的是． 　　A． 　　B． 　　C．電子的電勢(shì)能和動(dòng)能都要減小 　　D．電子的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增大 　　分析：玻爾理論雖然解決了一些經(jīng)典電磁學(xué)說(shuō)遇到的

7、困難，但在玻爾的原子模型中仍然認(rèn)為原子中有一很小的原子核，電子在核外繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電子受到的庫(kù)侖力作向心力． 　　 ， 　　根據(jù)玻爾理論 即 ． 　　即以 ，因此A正確． 　　由于： ， ，且 ， 　　即： ， 　　所以： ，因此B正確. 　　氫原子從 躍遷到 ，電子受到的庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減??； 　　由 可知電子動(dòng)能 ， 　　即軌道半徑越小，動(dòng)能越大，所以D正確，C錯(cuò)誤． 　　例2：有大量的氫原子，吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到 的激發(fā)態(tài)，已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時(shí)的能量為 ，則吸收光子的頻率 __________，當(dāng)這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時(shí)，可發(fā)出_

8、_________條譜線，輻射光子的能量為_(kāi)_________． 　　分析：根據(jù)玻爾的第二條假設(shè)，當(dāng)原子從基態(tài)躍遷到 的激發(fā)態(tài)時(shí)，吸收光子的能量： 　　 ，而 ， 　　所以吸收光子的頻率： ． 　　當(dāng)原子從n=3的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)，由于是大量的原子，可能的躍遷有多種，如從 到 ，從 到 ，再?gòu)?到 ，因此應(yīng)該發(fā)出三條譜線，三種光子的能量分別為： 　　 ， ， ． 　　本節(jié)總結(jié)：玻爾的原子模型是把盧瑟福的學(xué)說(shuō)和量子理論結(jié)合，以原子的穩(wěn)定性和原子的明線光譜作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)而提出的．認(rèn)識(shí)玻爾理論的關(guān)鍵是從“不連續(xù)”的觀點(diǎn)理解電子的可能軌道和能量狀態(tài)．玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋是成功的，但對(duì)其

9、他光譜的解釋就出現(xiàn)了較大的困難，顯然玻爾理論有一定的局限性 典型例題 例題1——關(guān)于玻爾理論 　　根據(jù)玻爾的氫原子模型，氫原子基態(tài)能量為–13.6eV，半徑為0.53×10-10m，則電子在第四條軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軌道半徑為_(kāi)_________，原子能量為_(kāi)___________． 　　選題目的：考察學(xué)生對(duì)玻爾理論中的能級(jí)概念的掌握 　　解： 根據(jù)玻爾理論，氫原子軌道半徑 ， ，電子軌道半徑，所以 . 　　根據(jù)玻爾理論，氫原子各能級(jí)能量滿足關(guān)系 ， ，E1為基態(tài)能量，所以： 　　 例題2——入射光光子的能量與發(fā)射光光子能量關(guān)系 　　光子能量為 的一束單色光照射到容器中的氫氣上，氫原

10、子吸收光子能量后處于激發(fā)態(tài)，并能發(fā)射光子?，F(xiàn)測(cè)得該氫氣發(fā)射的光子共有3種，其頻率分別為 、 、 ，且 ，那么入射光光子的能量 值是（設(shè)普朗克常量為 ） 　　A、 　　B、 　　C、 　　D、 　　選題目的：考察學(xué)生對(duì)氫原子能級(jí)躍遷的理解 　　分析：因?yàn)檫@些氫氣發(fā)射出的光子只有3種可能頻率，所以它們必然處在第三能級(jí)上，如圖1所示中黑色箭頭表示三種可能的躍遷。因?yàn)?,結(jié)合玻爾對(duì)氫原子發(fā)光的解釋，可以知道每種可能躍遷所對(duì)應(yīng)的光的頻率如圖1中所標(biāo)示?？梢?jiàn)開(kāi)始時(shí)吸收光子發(fā)生躍遷如圖1中紅色箭頭所示，其能量 與 頻率光的能量相同，為 ，也等于 與 兩種頻率光子能量之和，即 所以選項(xiàng)B、C正確．

11、 　　選項(xiàng)B、C正確． 例題3——運(yùn)用玻爾理論計(jì)算氫原子能級(jí)躍遷 　　氫原子的基態(tài)能量為 ，電子軌道半徑為 ，電子質(zhì)量為 ，電量大小為 ．氫原子中電子在 的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速率為 ，氫原子從 的定態(tài)躍遷到 的基態(tài)過(guò)程中輻射光子的波長(zhǎng)為 ，則以下結(jié)果正確的是． 　　A． 　　B． 　　C．電子的電勢(shì)能和動(dòng)能都要減小 　　D．電子的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增大 　　選題目的：考察學(xué)生對(duì)能級(jí)躍遷的理解 　　分析：玻爾理論雖然解決了一些經(jīng)典電磁學(xué)說(shuō)遇到的困難，但在玻爾的原子模型中仍然認(rèn)為原子中有一很小的原子核，電子在核外繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電子受到的庫(kù)侖力作向心力． 　　 ，

12、 　　根據(jù)玻爾理論 即 ． 　　即以 ，因此A正確． 　　由于： ， ，且 ， 　　即： ， 　　所以： ，因此B正確． 　　氫原子從 躍遷到 ，電子受到的庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小； 　　由 可知電子動(dòng)能 ， 　　即軌道半徑越小，動(dòng)能越大，所以D正確，C錯(cuò)誤． 例題4——?dú)湓幽芗?jí)躍遷時(shí)的有關(guān)問(wèn)題 　　有大量的氫原子，吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到 的激發(fā)態(tài)，已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時(shí)的能量為 ，則吸收光子的頻率 __________，當(dāng)這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時(shí)，可發(fā)出__________條譜線，輻射光子的能量為_(kāi)_________． 　　選題目的：考察學(xué)生對(duì)能級(jí)躍遷的理解 　　分析：根據(jù)玻爾的第二條假設(shè)，當(dāng)原子從基態(tài)躍遷到 的激發(fā)態(tài)時(shí)，吸收光子的能量： 　　 ，而 ， 　　所以吸收光子的頻率： ． 　　當(dāng)原子從n=3的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)，由于是大量的原子，可能的躍遷有多種，如從 到 ，從 到 ，再?gòu)?到 ，因此應(yīng)該發(fā)出三條譜線，三種光子的能量分別為：　　 ， ，