3　氢原子光谱ppt课件教学实录

氢原子模型教学设计

我们以《普通高中课程标准实验教科书》(人民教育出版社,2010年4月第3版)选修3-5中《玻尔的原子模型》一节为例,尝试在物理教学中融入物理学史，使学生体会知识产生的过程与方法。

【教学目标】

知识与技能：了解物理学史以及有关经典实验；了解玻尔理论的内容；了解量子化、能级以及基态、激发态的概念。

过程与方法：让学生认识科学家所进行的科学探究；通过对玻尔理论的学习，会用它来解释氢光谱。

情感态度与价值观：学习科学家勇于质疑的勇气；理解玻尔理论的重要意义：从宏观现象的“连续”概念到微观世界的“不连续”概念的转变，是人类认识物质世界的一次飞跃。

【教学设计】

1.提出问题

教师提问：卢瑟福的核式结构模型能很好地解释α粒子散射实验，但是，当时很少有物理学家能接受这种电子绕核旋转的模型，大部分物理学家认为这种模型是不稳定的，为什么？

学生回答：根据经典物理学理论，电子在库仑引力的作用下绕核旋转会激发电磁波，电子就会将自己绕核旋转的能量以电磁波的形式辐射出去，它会失去能量，早晚会落到原子核上，故认为原子是不稳定的。

2.玻尔的原子理论

教师：正当物理学家们为卢瑟福的原子核式结构模型争论不休时，玻尔敏锐地看到：应该否定的不是卢瑟福的核式结构模型，而是经典物理学对它的解释。继而，他提出了自己的原子结构假说。假说的内容主要有哪些呢？

学生：假说的内容主要有两个方面。

第一个假设：原子中的电子在库仑力的作用下绕核运动的半径不是任意的，必须满足一定的条件，只能是某些分立的数值。电子在这些轨道上绕核旋转不产生电磁辐射，是稳定的。电子在不同轨道上具有不同的能量，故原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫能级，这些状态叫做定态。

第二个假设：只有电子在不同轨道间，即不同能级间跃迁时，才会放出或吸收一定频率的光子，光子的能量由两能级间的能量差决定，即hν = Em - En( m > n )。

3.玻尔理论对氢光谱的解释

教师：玻尔理论是如何对氢原子光谱进行解释的呢？

学生：根据玻尔理论，原子从高能级向低能级跃迁时会放出光子，放出光子的能量等于两能级之差。由于原子的能级是分立的，故放出光子的能量也是分立的。因此，原子的发光光谱是分立的线状谱。

根据玻尔理论，可以推导出巴耳末公式，从理论上算出里德伯常量，其值与实验值符合得很好。玻尔理论不但成功地解释了氢光谱中的巴耳末系、帕邢系，还预言了当时尚未发现的氢原子的其他谱线系。

4.证明能级存在的实验——弗兰克-赫兹实验

教师：激发原子的手段除了让它吸收电磁辐射外，还可以利用加热或使粒子碰撞等方式。

1914年，弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子。他们测量电子与汞原子碰撞后损失的能量和汞原子在这些碰撞中获得的能量，发现能量的损失或获得是分立的，从而证明了玻尔关于原子存在着不连续能级的假说是正确的，具体的实验原理和方法请大家课后阅读“科学足迹”。

5.玻尔模型的局限性

教师：玻尔首次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢光谱，但是用来解释稍微复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论结论与实验事实出入很大。问题出在哪儿呢？

学生：玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，不足之处在于过多地保留了经典物理理论。

教师：实际上，原子中的核外电子并没有确定的轨道，我们只能知道电子在原子内各处出现的概率。玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。电子在原子核外的运动情况，通常用“电子云”来描述。电子云图形象地给出了电子在原子核周围各处出现的概率。

玻尔理论虽有瑕疵，但他开创了原子核物理学，引领着量子力学的发展。通过对量子力学、狭义相对论和原子核物理的研究，人类找到了核能，建立了以计算机控制为主导的现代工业，步入了信息时代。

三、教学反思

在本节课中，我们沿着科学发展的脉络，将科学史、科学实验和科学概念有机结合，在问题情境中让学生思考，体会科学发展的历程，感受科学家追求真理、锲而不舍的精神，使学生认识到科学是不断发展的，科学理论是不断更新的，加深了他们对科学本质的理解。