3　氢原子光谱公开课教案

新课标高中物理选修3－5 第十八章《原子结构》

18．3

氢原子光谱

广东省江门市外海中学

胡文海

一．学情分析

1．学生已经掌握的知识

通过“电子的发现”、“原子核式结构模型”的学习学生已经了解关于原子的基本结构，并且在头脑中基本建立起关于原子的核式结构模型，通过α散射实验，估算到原子核半径的数量级为10－15 m，整个原子半径数量级是10－10 m，原子内部是一个十分“空旷”的空间。

2．学生欠缺的地方

虽然学生对原子的结构有了大致的了解，但对于电子原子核周围如何运动，以及它们的能量等都不太了解，而要了解这些问题必须通过一些实验来进一步进行研究与证实，其中比较一种重要的方法是通过“光谱”来认识关于原子内电子的运动与能量问题。

3．教学应对策略

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。再通过投影片展出发射光谱（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，通过让学生明白：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心理基础。

二．教材的地位和作用

本节教材是在明确光谱、连续光谱、线状态光谱的概念之后，进一步介绍原子的特征光谱和光谱分析，重点讲述氢光谱的实验规律。原子光谱的事实不能核式结构理论解释、必须建立新的原子模型，这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，也是起取承上启下的作用。

三．新课标要求

（一）知识与技能

1．了解光谱的定义和分类。

2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．了解经典原子理论的困难。

（二）过程与方法

通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。

（三）情感、态度与价值观

培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。

★教学重点

氢原子光谱的实验规律

★教学难点

经典理论的困难

★教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：

投影片，多媒体辅助教学设备

★课时安排

1 课时

四．教学过程

（一）引入新课

讲述：

粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。

（二）进行新课

1．光谱（结合课件展示）

早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。

（如图所示）

讲述：

光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。

（1）发射光谱

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。

引导学生阅读教材，回答什么是连续光谱和明线光谱？

学生回答：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。

教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。如图所示。

稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，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，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。如图所示。

（2）吸收光谱

教师：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。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。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。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。如图所示。

课件展示，氢、钠的光谱、太阳光谱

投影各种光谱的特点及成因知识结构图：

（3）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。

2．氢原子光谱的实验规律

教师讲述：氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。

引导学生阅读教材61页有关内容。

（课件展示）

3．卢瑟福原子核式模型的困难

教师：（讲述）卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。

引导学生阅读教材62页有关内容。

教师总结：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。实验表明原子相当稳定，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是不连续的谱线。

（三）课堂小结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）课堂练习

1．(多选)下列关于光谱的说法中正确的是(

) A．原子发射的光谱是连续光谱

B．所有原子发射的光谱都相同

C．氢原子光谱是线状谱

D．每一种原子都有自己的特征谱线

【答案】CD 【解析】原子发射的光谱是线状谱，每一种原子都有自己的特征谱线，它们的发射光谱是不相同的．

2．按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应该是(

) A．线状谱

B．连续光谱

C．吸收光谱

D．发射光谱

【答案】B 【解析】按经典电磁理论应该是连续光谱，而实际上观察到是线状谱，说明了经典理论在解释原子世界时不适用．

【例1】

(多选)对原子光谱，下列说法正确的是(

) A．原子光谱是不连续的

B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的

C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同

D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素

解析：原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确．

答案：ACD 反思领悟：明确原子光谱、线状谱、连续谱及特征谱线的关系是解此题的关键．

3.(多选)关于太阳光谱，下列说法正确的是(

) A．太阳光谱是吸收光谱

B．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的

C．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成

D．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素

【答案】AB

【例2】

在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的两条谱线所对应的波长各是多少？频率各是多少？

111解析：利用巴耳末公式计算波长＝R(2－2)．

λ2n当n＝3、4时，氢原子发光所对应的波长最长；

111－1－当n＝3时，＝1.10×107×(2－2)m1，解得λ1≈6.54×107

m；当n＝4时，＝λ123λ211－－1.10×107×(2－2)m1，解得λ2≈4.85×107 m，

24由波速公式c＝λν，

3.0×108c14得ν1＝＝－7

Hz≈4.59×10 Hz，

λ16.54×103.0×108c14ν2＝＝－7

Hz≈6.19×10 Hz. λ24.85×10反思领悟：巴耳末公式是用来计算氢原子光谱中的可见光范围，记牢巴耳末系公式及条件是解好此类题的关键．

1114(多选)关于巴耳末公式＝R22－n2的理解，正确的是(

) λA．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的

B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱

C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱

D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱

【答案】AC

课后作业：课本P62第1、3、4题

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。