3　氢原子光谱第二课时 公开课

第四节

玻尔的原子模型

教学目标：

（一）知识与技能

1、知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。

2、了解能级、跃迁、能量量子化、以及基态、激发态等概念。

3、能用玻尔理论简单的解释氢原子模型。

4、了解玻尔模型的不足及原因。

（二）过程与方法

培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子的结构

（三）情感、态度与价值观

理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程通过教学让学生体验科学家所进行的科学探究，领会科学方法和科学精神。

教学重点：

玻尔的原子模型、能级

教学难点：

玻尔的原子模型、能级

教学方法：

演示和启发式综合教学法。

教学用具：

投影片，多媒体辅助教学设备

教学过程：

（一）引入新课

前一节提到卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论产生了矛盾，这说明了经典的电磁理论不适用于原子结构，那么怎么解释原子是稳定的？又怎么解

释原子发光的光谱不是连续光谱呢？核式结构学说在解释原子发光现象和原子的稳定性问题时遇到了空前的困难，玻尔在总结前人经验成果的基础上进一步研究，提出了自己的理论。

（二）新课教学

1、玻尔的原子模型

（1）原子的稳定性

经典的电磁理论认为电子绕原子核旋转，由于电子辐射能量，因此随着它的能量减少，电子运行的轨道半径也减小，最终要落入原子核中。

玻尔在1913年结合普朗克的量子理论针对这一问题提出新的观点。

玻尔假设一：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。

说明：这一说法和事实是符合得很好的，电子并没有被库仑力吸引到核上，就像行星绕着太阳运动一样。这里所说的定态是指原子可能的一种能量状态，有某一数值的能量，这些能量包含了电子的动能和电势能的总和。

（2）原子发光的光谱

经典的电磁理论认为电子绕核运行的轨道不断的变化，它向外辐射电磁波的频率应该等于绕核旋转的频率。因此原子辐射一切频率的电磁波，大量原子的发光光谱应该是连续光谱。

玻尔针对这一问题提出新的观点。

玻尔假设二：原子从一种定态（

）跃迁到另一种定态（

）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即：

。

说明：这一说法也和事实符合得很好，原子发光的光谱是由一些不连续的亮线组成的明线光谱。

（3）原子能量状态和电子轨道

玻尔假设三：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。

2、氢原子的轨道半径和能量

玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量。

根据计算结果概括为公式：

，

和

，

、

的意义，并说明

是正整数，叫做量子数，

eV

说明公式中

、

m，

时，相应的能量为：

eV、

eV、

eV…

3、氢原子的能级

氢原子的各种定态时的能量值叫做能极，根据以上的计算，可画出示意的能级图。

原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态。

原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要吸收能量。

原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。

明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能。

原子无论吸收能量还是辐射能量，这个能量不是任意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差。

明确：一个原子可以有许多不同的能量状态和相应的能级，但在某一时刻，一个原子不可能既处于这一状态也处于那一状态。如果有大量的原子，它们之中

有的处于这一状态，有的处于那一状态．氢光谱的观测就说明了这一事实，它的光谱线不是一个氢原子发出的，而是不同的氢原子从不同的能级跃迁到另一些不同能级的结果。

例1：氢原子的基态能量为量大小为

．氢原子中电子在从

的定态跃迁到

，电子轨道半径为

，电子质量为

的定态轨道上运动时的速率为

，电

，氢原子

的基态过程中辐射光子的波长为

，则以下结果正确的是。

A、

B、

C、电子的电势能和动能都要减小

D、电子的电势能减小，电子的动能增大

解析：玻尔理论虽然解决了一些经典电磁学说遇到的困难，但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力作向心力。

根据玻尔理论

，

即

。

即以

由于：

，

，因此A正确。

，且

，

即：

，

所以：

氢原子从

，因此B正确。

跃迁到

，电子受到的库仑力做正功，电势能减小；

由

可知电子动能

，

即轨道半径越小，动能越大，所以D正确，C错误．

例2：有大量的氢原子，吸收某种频率的光子后从基态跃迁到态，已知氢原子处于基态时的能量为

，则吸收光子的频率

的激发

__________，当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出__________条谱线，辐射光子的能量为__________。

解析：根据玻尔的第二条假设，当原子从基态跃迁到收光子的能量：

的激发态时，吸

，而

，

所以吸收光子的频率：

当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时，由于是大量的原子，可能的跃迁有多种，如从

到

，从

到

，再从

到

，因此应该发出三条谱线，三种光子的能量分别为：

，（三）课堂小结：

，

玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子理论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的．认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态．玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性．

（四）布置作业

问题与练习1、2