3　氢原子光谱教学评价实录

第4节

玻尔的原子模型

三维目标

1．知识与技能

（1）了解玻尔原子结构假说的主要内容。知道轨道量子化、能级、能量量子化以及基态、激发态的概念；知道原子跃迁的频率条件。

（2）了解玻尔理论对氢光谱的解释。

（3）了解玻尔模型的局限性。

2．过程与方法

学生通过对玻尔理论的学习，探索经典物理学无法解释的两个问题的答案。

3．情感、态度与价值观

培养学生对科学的探究精神，让学生养成敢于提出问题，勇于探索答案的科学习惯。

教学重点

玻尔的原子结构假说的两个内容：

（1）轨道量子化与定态；

（2）频率条件。

教学难点

1．原子的能量包括哪些；原子能量、动能、势能的变化。

2．玻尔理论对氢光谱的解释。

教学方法

教师引导、讲解，学生讨论、交流。

教学过程

一、引入

汤姆孙发现电子：原子是可分割的―→汤姆孙的“西瓜模型”或“枣糕模型”

―→卢瑟福α粒子散射实验：否定了汤姆孙的原子模型―→提出原子核式结构模型―→经典物理学无法解释：①

原子的稳定结构；②

原子光谱的分立特征。

二、玻尔原子结构假说的内容

1．轨道量子化与定态

（1）电子的轨道是量子化的，必须满足：rnn2r1（n=1，2，3……）

电子在这些轨道上绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射，所以原子是稳定的。电子的轨道半径只可能取某些分立的数值。如氢原子：r1=0.053nm，r2=0.212nm，r3=0.477nm ……轨道半径不可能介于这些数值中间的某个值。

请举例说明物体的位置可以是不连续的？

①人在楼梯走动时脚停留的位置；

②棋盘上棋子的摆放位置。

1

电子绕核运动轨道与卫星的运动轨道是不一样的。卫星绕地球转动的轨道半径可按需要去任意值，轨道半径是连续的。

（2）定态

在不同轨道上运动，原子的状态是不同的，原子有不同的能量。轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，满足：En问题：原子的能量包括哪些？

1E1（n=1，2，3……）

n2e2v2①

电子绕核运动的动能；k2mrrke2 v

mr②

电子——原子核这个系统具有的势能。

能级：这些量子化的能量值叫做能级。

定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。

基态：能级最低的状态叫做基态。

激发态：其他的状态叫做激发态。

以氢原子为例，基态：：E1=-13.6eV代表电子在最靠近原子核的轨道上运动时整个原子的能量，此时原子是最稳定的。

问题：原子的能量为什么是负值？

激发态：n=2，E2=-3.4eV；n=3，E3=-1.51eV；n=4，E4=-0.85eV；……此时原子比较不稳定。

综上：轨道量子化与定态，解释了为什么原子是稳定的。

氢原子能级图

2．频率条件

问题：电子在定态轨道上运动，不会发生电磁辐射，为什么我们会观察到原子光谱？

（1）跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态，称为跃迁。

①高―→低：放出光子h（自发的）

②吸收光子h：低―→高

问题：为何用“跃”字？

（2）跃迁的频率条件：hEmEn（m>n）

原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发2

态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程。吸收或辐射光子的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。

综上：跃迁的频率条件，解释了原子光谱的分立特征。

三、玻尔理论对氢光谱的解释

1．根据玻尔理论推导出巴尔末公式，从理论上算出里德伯常量R的值。

2．玻尔理论很好解释甚至预言氢原子的其他谱线。

三、玻尔模型的局限性

1．保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。

2．对稍微复杂一点的原子如氦原子，就无法解释他的光谱现象。

电子云：某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率。

甲图为n=1 ，乙图为n=2的几个可能状态中的一个。

四、课堂练习

1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（

）

A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

3

B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同

C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系

D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的

2、氢原子能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时（

）

A．辐射光子的能量可能是连续的

B．最多辐射出3种不同频率的光子

C．最多辐射出6种不同频率的光子

D．由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最短

五、布置作业

附：板书设计

第4节

玻尔的原子模型

一、原子结构假说

1．轨道量子化与定态

2．频率条件

hEmEn

二、对氢光谱的解释

三、局限性

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