3　氢原子光谱教学设计内容推荐

氢原子光谱教学设计

【教材版本】：

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》（选修3-5），第十八章《原子结构》，第三节《氢原子光谱》。

【课程分析】：

本节教材是在了解光谱的定义，对光谱进行分类连续谱、线状谱的概念后（可以补充光谱的分类），进一步介绍原子的特征光谱和光谱分析，重点讲述氢光谱的实验规律。在此教科书给了巴耳末公式。应该明确，该公式的出现并不是为了让学生们练习计算，而是为了从公式看出物理量之间的关系、看出物理量变化的趋势。即巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子辐射波长的分立特征。同时它也为下一节氢原子能量的分立性作了铺垫。而源自光谱的事实不能用检点物理学理论解释，必须建立新的原子模型。 【教学目标】

1.

知识与技能

（1）了解光谱的定义和分类。

（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

（3）了解经典理论的困难。

2.

过程与方法

通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷

3.

情感态度与价值观

（1）结合有关作用力和反作用力的生活实例，培养学生独立思考、实事求是、勇于创新的科学态度。

（2）通过诱思探究的课程设计，让同学们交流讨论和实验探究，培养学生团结协作的科学精神，感受物理学科研究的方法和意义。

【重点和难点】

重点：光谱的分类，氢光谱的实验规律。

难点：经典物理无法解释原子的稳定性和光谱分立特征。用原子光谱分析原子的内部结构

【教学过程】

一：复习新课引入

师：在上一节课的学习中我们学习了原子结构发现的过程，现在我们来复习一下。

问题1：汤姆孙的原子结构模型是什么样子的？（枣糕模型，原子是一个球体正电荷均匀的分布在原子中，上面镶嵌着几个负电荷即电子）

问题2：卢瑟福做了怎样的实验？有什么样的现象？（粒子散射实验，绝大部分的粒子运动方向没有发生变化，极少数粒子方向发生大角度偏转，甚至偏转180度）

问题3：卢瑟福从实验中得到了什么样的结论？（枣糕模型是错误的，正电荷集中了粒子的几乎全部质量，称为原子核，电子在原子核外运动）

问题4：卢瑟福的模型认为电子做什么样的运动？（围绕原子核在库仑力的作用下围绕原子核做匀速圆周运动）

问题5：电磁波产生的条件？匀速周运动的电子会不会产生电磁波？（周期性变化的电场或磁场，会产生电磁波）

那么，我们怎样验证卢瑟福猜想的正确性呢？到底原子的结构是怎样的？如果我们能够分析从原子中射出的电磁波是不是就能研究原子的内部结构了呢？今天我们来学习第三节：氢原子光谱。

学生活动：请同学们阅读本小节的内容，并且以8人为以小组，阅读后讨论，你们认为本小节的内容可以分成几部分，每一部分的知识点包含哪些？请写在纸上，一会上前展示。讨论

时间5-8分钟，然后请几个小组的同学派代表上前用实物投影进行展示，并讲解。

二：光谱

师：物体能够向外辐射各个波长的电磁波，其中只有可见光波段的电磁波使我们能够用肉眼看到的。早在

17 世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。那么同学们都是把内容分成了三部分，但是在知识点上有所不同，大家看一看老师的分类。请同学们根据预习快速从书上找到光谱的定义。

光谱：用光栅或棱镜把各种颜色的光按波长分开，得到光的波长（频率）成分和强度分布的记录，叫光谱。

光谱的分类：按照光谱的产生和特点我们对光谱进行了分类。发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。这些都是亮线的光谱。

学生：有的光谱是连续的光带，而有的不是连续的光带。连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。

教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。如图所示。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。如图所示。

展示发射光谱和吸收光谱对应的图片，同学们观察这几幅图片有什么不一样的地方。

学生：上面图片的亮条纹和下面图片的暗条纹是一一对应的关系。

那么这样的光谱是怎样形成的呢买这又是什么光谱？请同学们阅读书上的科学足迹。回答。

教师：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。如图所示。

光谱的应用光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用他来鉴别物资和确定物质的组成成分。生活中的实例：考古学家可以通过光谱分析来分析发觉出得物品的组成成分。

原子向外发出什么样的的射线与原子的内部结构有关，所以我们能不能用光谱来分析原子核的组成结构呢？

三、氢原子光谱

按照卢瑟福的模型，原子的核外电子围绕原子核做匀速圆周运动，可定会向外辐射电磁波，依据我们原来学习过的关于能量的知识请同学们讨论猜想他向外发射的电磁波如果排成光谱应该是什么样的？是连续谱还是现状普？（连续谱）

那么我们就拿一种最简单的原子来研究一下，卢瑟福的猜想是否正确。在实验中我们拍摄了氢原子的光谱。（实验视频）我们观察到，氢原子光谱是连续的么？不是，是一些分立的谱线，在可见光区域只有四条谱线。这跟我们的猜想是不一样的。那么为了研究其中的原因，分析出原子中的结构，大量的科学家希望找到这些谱线之间的规律，其中有一位物理教师巴耳末在数学上非常的敏感，从其中总结出了一条数学公式，

人们把一系列的符合巴耳末公式的光谱的谱线都称为巴耳末系。而巴耳末公式也只能用来反映氢原子光谱的发光规律，不能描述其他原子。在继巴耳末之后其他的研究者又陆陆续续的研究出来了氢原子发出的在其他波段的电磁波波长的规律，如紫外区的赖曼系，近红外区的帕邢系等等，虽然我们没有观测到氢原子在其他区域的电磁波谱但是从这些学者的公式里我们也能够观察出，在其他的区域里氢原子发出的电磁波也是不连续的。但是这些电磁波之间也不是完全没有任何联系的，她们的波数还满足某种数学关系，但是人们有没有办法用物理理论来解释这些数学公式因为人们当时的研究陷入了一些困境，观察到的实验现象和我们按照经典理论和卢瑟福的合适结构模型分析出的的结果是完全矛盾的。

四、经典理论的困难

请同学们详细的分析一下都有哪些地方是经典理论和实验相矛盾的地方。

学生：按照卢瑟福理论和经典的物理学理论氢原子向外发射的电磁波应该是连续的，但是实际上是不连续的。按照经典的理论，最后电子的能量不断减少，最后电子会贴在原子核上，原子是不稳定的，但实际上我们知道，原子是稳定的，这些我们都无法用理论来解释。

老师：既然现在经典的物理学理论已经无法来解释自然界的现象，那么就证明我们的理论还有所不足。大家看到这样分力的电磁波谱有没有想到再上一章里我们学习的内容，（能量是量子化的不连续的）。那么有没有可能电子的轨道也像能量一样是量子化的不连续的呢？于是有人就将这种量子化的观念引入了对原子结构的研究中，请大家好好的回家预习下一节，波尔的原子轨道模型。

总结：本节课中我们继续的研究原子的结构，学习了什么是光谱，光谱按照特点和结构进行了分类，明确的光谱的作用，而且利用拍摄氢原子光谱发现了卢瑟福的理论和经典理论的问题，在下一节中我们将继续研究原子的结构到底是什么样的，为什么原子的发射光谱都是不连续的谱线。