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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 【教學目標】 知識與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內容及特點； （2）了解能級、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 過程與方法 通過玻爾理論和氫光譜的學習和理解，了解人類對原子結構認識的發(fā)展過程。 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】 （1）玻爾原子理論的基本假設及相關概念； （2）玻爾理論對氫光譜的解釋。 【教學難點】 玻爾原子理論的基本假設及相關概念以及對請光譜的解釋。 【教學方法】 讀書自學、思考討論、啟發(fā)性講授。 【教學過程】 從盧瑟福核式結構模型與經典電磁理論結合得到的“原子塌陷”結論，跟實際上原子的結構卻相當穩(wěn)定的事實之間的矛盾，引入人們對原子結構進行新的探索。 在這個問題上丹麥物理學家玻爾提出了新的看法。 指導學生閱讀教材 玻爾是怎樣提出新的假設的，提出了那些主要假設？ n n n n 老師對玻爾假設解讀： 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，建立了新的原子理論。 2、主要假設的內容： （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，只有當原子在兩個定態(tài)之間躍遷時才產生電磁輻射。 （這條假設是針對原子穩(wěn)定性提出的，通常稱“定態(tài)和能量量子化假設”） （2）原子從能量為Em的定態(tài)躍遷到能量為En定態(tài)時，輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即 式中h為普朗克恒量，ν為光子頻率。 （這條假設是針對線狀光譜提出的，通常稱“躍遷假設”，反映原子能量變化的規(guī)律） 玻爾在上述假設的基礎上，還計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動時氫原子的能量： 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動時氫原子的能量；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動時氫原子的能量。 由此可見，電子圍繞原子核運動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。 （這是原子能量取值不連續(xù)的必然結果，通常稱“軌道半徑量子化假設”） 玻爾還具體算出：rn=0.5310-10m，E1= -13.6eV 討論與思考============================================================= 指導學生思考討論教材關于“玻爾假設與經典物理學觀點的不同”的兩個問題。 n n n n 指導學生閱讀教材，建立相關概念： 1、 能級： 在玻爾模型中，我們把原子在個定態(tài)的能量值叫做原子的能級。 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)，這時電子在離核最近的軌道上運動，這一定態(tài)叫做基態(tài)。電子在軌道上運動時的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。 3、 氫原子能級圖： 見右圖。 上述公式中以及能級圖上的n值稱為量子數(shù)。 指導學生閱讀教材P.57，了解原子光譜的特點及產生的原因 1、 原子光譜的產生及其特點 2、 玻爾理論很好的解釋了氫光譜 案例分析：P.57 指導學生閱讀P.58，并思考： n 在解釋氫光譜上獲得了很大的成功，但在解釋比較復雜的原子光譜時遇到困難，其計算結果與實驗事實出入很大。 n 后來玻爾和其他物理學家終于明白了： 這個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有徹底擺脫經典物理學的束縛，保留了電子有確定的位置和動量而繞原子核在圓周軌道上運動的概念，并用經典力學原理加以計算。 這個模型是“普朗克量子觀念與經典力學的混合模型”。 n 后來的量子力學表明，原子中電子的運動并沒有確定的軌道，而是可以出現(xiàn)在原子內的整個核外空間，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表示電子在各處出現(xiàn)的概率，畫出圖來就像云霧一樣。人們形象的稱這種圖為電子云。 計算表明：玻爾理論中的電子軌道，恰好是量子力學中電子出現(xiàn)概率最大的地方。 【課堂小結】 1、 玻爾原子模型（他提出的假設）： （1）原子的定態(tài)和能量量子化 （2）原子躍遷假設 （3）原子核外電子的軌道量子化 2、 能級與原子光譜 （1）能級、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： 教材《家庭作業(yè)與活動》1、2、3 vt