3　氢原子光谱优秀教案范文

玻尔的原子模型

卢

炜

一、教学目标

（一）知识与技能

1．了解玻尔原子理论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。

（二）过程与方法

通过玻尔理论的学习，能用玻尔理论解释氢原子的模型。

（三）情感、态度与价值观

培养我们对科学的探究精神，感受微观世界独特的魅力；

让学生体会到科学发现的基本规律：即实验——理论假设——再实验——完善假说——形成科学理论。

教学重点

玻尔原子理论的基本假设

教学难点

玻尔理论对氢光谱的解释。

教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

二、教学过程

名人故事引入玻尔提出原子结构模型的背景

诺贝尔奖得主李远哲先生李远哲早年留学美国，在加州大学伯克利分校Bruce Mahan教授指导下进行科学研究。在攻读博士期间，极少得到导师的指导．后来他找到Mahan教授，提出了自己的意见，Mahan教授告诉他：远哲，如果我会做，就不用你来研究了．这是一个全新的领域，而我作为导师的作用，就是要把你直接引入到人类已知和未知世界的边界上，使你可以站在学科研究的最前沿独立开展工作．

这则故事也让我们想到科学巨匠牛顿的“如果我看得更远一点的话，是因为我站巨人的肩膀上”这句名言．那么玻尔提出创新的原子模型是否也有类似的故事呢？

问题1：玻尔的提出原子模型的时代背景以及早年科研经历是怎样的? 回顾科学家对原子结构的探究过程：道尔顿认为原子是不可分割的——汤姆孙发现了电子——否定了原子是不可分割的——建立了汤姆孙模型——α粒子散射实验——否定了汤姆孙模型——卢瑟福建立了核实结构模型

求学经历讲述：玻尔在哥本哈根大学获得博士后，先后去剑桥大学卡文迪许实验室和曼彻斯特大学跟随电子发现人汤姆孙教授以及原子核式结构模型的提出者卢瑟福开展合作研究，而卢瑟福亦是汤姆孙的弟子．应该说，玻尔在与两位顶尖物理学家的合作研究过程中，迅速地走到原子结构探索的最前沿，并深刻认识到原子结构现有模型的瓶颈问题，这是赋予玻尔天才得以闪光的时代背景之一，也体现了科学研究的继承和发扬特点．

问题2：卢瑟福原子核式模型的核心内容是什么? 带领学生简要回顾卢瑟福原子核式结构，并将其概括为两方面主要内容：(1)原子的大部分体积是空的，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在、原子中心一个体积很小的原子核中；(2)带负电的电子在核外空间运动。概括来说，卢瑟福的原子核式结构是沿用经典力学思路而提出的类似“行星系统”模型。

问题3：卢瑟福原子核式模型的局限性是什么? 讲述：根据麦克斯韦的电磁场理论，当带负电的电子绕着带正电的原子核运转，这个体系是不稳定的．两者之间会放射出强烈的电磁辐射，从而导致电子一点点地失去自己的能量．由于电子能量的逐渐减小，其运行半径随之逐渐缩小，直到最终被原子核“俘获”为止，造成原子崩塌，且该过程瞬间即告完成．此外，按照经典电磁理论，电子连续旋转时必然连续放出辐射和能量，会产生连续光谱，而非实验所测到的分立线状光谱．由此可见，卢瑟福的原子核式模型面临的两个主要瓶颈问题就是难以解释原子的稳定性以及线状光谱的实验事实．

值得指出的是，卢瑟福自身也注意到这些问题，作为一个伟大的物理学家，他富有远见地指出：“原子的稳定问题可先不考虑，这显然取决于原子的微细结构和带电部分的运动”．有趣的是，解决带电部分运动的正是他的学生玻尔．

问题4：玻尔是如何解决卢瑟福模型的瓶颈问题，并开创性地提出新的原子结构模型的? 进行新课：

一、玻尔的原子模型

讲述：卢瑟福原子结构模型提出后，必然产生世界范围内的影响，同时其面临的瓶颈问题也势必引发广泛地思考．那么玻尔是如何解决卢瑟福模型的瓶颈问题，并提出新的理论的呢？

玻尔首先是从卢瑟福模型不能解决原子稳定性这一问题人手的，他认真分析了经典电磁理论作为卢瑟福模型理论基础的可行性。玻尔果断地排除了经典电磁理论在原子领域的适用性．玻尔在“行星模型”的基础上引入了普朗克的量子概念，认为原子中的电子处在一系列分立的稳态上。

（一）、轨道量子化假设：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些不连续（分立）的数值。

说明：（1）如氢原子电子的可能轨道r半经；

（2）电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射；

（3）人造卫星轨道可按要求任意轨道半经，这种轨道半经是连续的。

讲述：玻尔完全继承了卢瑟福模型中关于原子核部分的论述，同时也支持电子围绕原子核运转，那么电子需要具备怎样的条件，才能不辐射能量并稳定地绕核旋转呢？

20世纪初期，德国物理学家普朗克提出了量子理论，并指出在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化是不连续的，或者说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。

玻尔将量子化观点与氢原子光谱的分立特性结合起来分析，意识到只有将量子化理论引入到原子物理，才能有效解释线状光谱的产生。

（二）、能量量子化假设

：电子在不同的轨道运动对应着不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即能量是量子化的

说明：

(1)能级：这些量子化的能量值叫做能级

(2)定态：在这些状态中原子是稳的,

电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。

(3) 基态：能量值最低的状态轨道半径最小(离核最近)

(4) 激发态：除基态外的状态

(5) 取无穷远处时的能量为0,其他的能级能量均为负；原子的能量包括核外电子动能和核与电子间的势能

（三）、跃迁假设：

当电子从能量较高的定态轨道（设能量为Em）跃迁到能量较低的定态轨道（设能量为En）时，会放出能量为hv的光子.h v=Em

－En

反之电子吸收光子时会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，同样满足上式关系。

问题：氢原子的电子从

n=3的轨道，跃迁到基态发射的光子频率为多少？

二、玻尔理论成功解释了氢原子光谱的不连续：

原子从较高能级跃迁到较低能级，放出光子的能量等于前后两能级差，由于能级是分立的，所以发射的光子能量也是分立的

，因此原子光谱只有一些分立的亮线

问题5．通过学习玻尔提出原子结构模型这一以历程，可以获得怎样的收获? 让学生以讨论的形式，说出自己对玻尔提出原子结构新模型这一过程的个人观点，

设计意图：主要希望学生可以从中体会到科学发现的基本规律：即实验一理论假设一再实验一完善假说一形成科学理论．此外，也希望学生可以体会到一个伟大理论的诞生，是其所处时代的背景知识积累到一定阶段，而后由某一位天才完成最后的“质变”过程．

三、玻尔理论的成功与局限之处

1、成功之处：引入了“量子”的观念成功解释了氢原子的线状光谱

2、局限之处：（1）对于外层电子较多元素的原子光谱，其理论与事实相差很大

（2）过多地引用了经典的物理理论

总结：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。

板书设计

玻尔的原子模型

一、玻尔原子结构模型内容

1. 轨道量子化假设

2. 能量量子化假设

3. 跃迁假设

二、玻尔理论对氢光谱的解释

向低能级跃迁—发射光子

向高能级跃迁—吸收光子

跃迁：hvEmEn

三、玻尔理论的成功与局限之处

1、成功之处：

2、局限之处：