3　氢原子光谱教学设计实例

《氢原子光谱》教学设计

一．本节的分析及重难点：

《氢原子光谱》一节是人教版高中课程标准试验教科书《物理》选修3-5第十八章《原子结构》的第三节。

本节在介绍光谱相关概念的基础上，重点介绍了氢原子光谱的试验规律，给出了巴尔末公式，最后讨论了经典电磁理论与卢瑟福核式结构模型的矛盾，为下一节波尔模型的学习奠定基础。

原子光谱的事实不能通过核式结构理论解释、必须建立新的原子模型，这成为学生产生进一步深入学习的思想基础，因此，本节教学除让学生通过光谱来认识原子结构之外，也起取承上启下的作用。

本节在通过牛顿色散现象激发学生兴趣的基础上，再根据学校内实验室的条件做一些原子光谱实验（如Na光谱等）给学生看，让学生初步认识“光谱”，并了解“光谱”的意义。再通过课件展出发射光谱（连续、线状谱）和吸收光谱，让学生了解光谱的类型，并认识各种类型光谱的特点，让学生明白：每种原子都有其特定的谱线，可以通过这种谱线（对应的有吸收光谱）来进行光谱分析。最后通过最简单的氢原子光谱了认识氢原子光谱特点。根据光谱分析分析出经典的理论的困难，为学生进一步深入学习提供基础。

本节的重点是：氢原子光谱的实验规律

本节要解决的难点是：经典理论的困难

二．教学过程设计

1．问题呈现：

卢瑟福所提出的原子核式结构是什么？

电子在原子绕周围怎样运动？它的能量怎样变化？

对于第二个问题学生可能无法回答，教师告诉学生可以通过其他事实才能认识。介绍一种通过“光谱”的方式来认识原子内部电子的运动状态。

2．光谱

实验：牛顿三棱镜色散

介绍光谱的概念：用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。

【光谱的分类】

（1）发射光谱

物体发光直接产生的光谱。

〖连续光谱〗

实验并让学生观察连续光谱：

现象：由连续分布的一切波长的光组成。

特点：整个光谱区域都是亮的。

产生：炽热的固体、液体及高压气体的光谱。

案例：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水

〖线状光谱〗

实验并让学观察线状光谱：

现象：光谱中有一条条的亮线，这些亮线叫做谱线，由一条条谱线组成的光谱叫做线状光谱。

特点：各条谱线对应不同波长（频率）的光，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。

产生：稀薄气体或金属的蒸汽的发射光谱。

案例：由游离状态的原子发射的。

（2）吸收光谱

有条件的学校可以做一下钠蒸气吸收光谱实验，若条件不具备可以通过视频、动画演示之类的进行。

观察钠蒸气吸引光谱。

学生观察太阳光吸收光谱。

现象：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。

特点：各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线（线状光谱）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。

至此帮助学生归纳总结不同类型的光谱的特点及其形成原因。

【光谱分析】

由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。

原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。

案例：利用太阳光的吸收光谱可以研究太阳高层大气层所含元素。

3．氢原子光谱实验规律

概述：许多情况下光是由原子内部电子运动产生的，所以可以根据光谱来探索原子结构（方法性策略）。

利用氢原子光谱分析氢原子的结构。

呈现氢气放电管获得的氢原子光谱。

1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的14条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可以用一公式来表示：

1

=R(11－17)，其中n = 3、4、5、…

（里德伯常量：

R = 1.10×10 m）

222n4．经典理论的困难

按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。

轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，

原子光谱应是连续的光谱。而实验表明原子相当稳定。

说明：教学过程中，要抓住运用光谱分析的方式来认识原子结构这一主导思想，这是人们分析与研究原子的一种思想方法，这种方法不同以往学生的学习方法，同时还需要注意的是，初步引入量子观念：波长是分立的，为学生的进步学习提供思想基础。