1、第4節(jié) 玻爾的原子模型2014年5月9日星期五 主講：方樹君教學(xué)內(nèi)容高二物理選修3-5第十八章第四節(jié)玻爾的原子模型三維目標(biāo)1知識(shí)與技能（1）了解玻爾原子結(jié)構(gòu)假說的主要內(nèi)容。知道軌道量子化、能級(jí)、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念；知道原子躍遷的頻率條件。（2）了解玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。（3）了解玻爾模型的局限性。2過程與方法學(xué)生通過對(duì)玻爾理論的學(xué)習(xí)，探索經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的兩個(gè)問題的答案。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探究精神，讓學(xué)生養(yǎng)成敢于提出問題，勇于探索答案的科學(xué)習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說的兩個(gè)內(nèi)容：（1）軌道量子化與定態(tài)；（2）頻率條件。教學(xué)難點(diǎn)1原子的能量包括哪些；原子能

2、量、動(dòng)能、勢(shì)能的變化。2玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。教學(xué)方法教師引導(dǎo)、講解，學(xué)生討論、交流。教學(xué)過程一、引入湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子：原子是可分割的湯姆孫的“西瓜模型”或“棗糕模型” 盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)：否定了湯姆孫的原子模型提出原子核式結(jié)構(gòu)模型經(jīng)典物理學(xué)無法解釋： 原子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； 原子光譜的分立特征。二、玻爾原子結(jié)構(gòu)假說的內(nèi)容1軌道量子化與定態(tài)（1）電子的軌道是量子化的，必須滿足：（n=1，2，3）電子在這些軌道上繞核轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射，所以原子是穩(wěn)定的。電子的軌道半徑只可能取某些分立的數(shù)值。如氫原子：r1=0.053nm，r2=0.212nm，r3=0.477nm 軌道半徑不可能介于這些數(shù)值

3、中間的某個(gè)值。請(qǐng)舉例說明物體的位置可以是不連續(xù)的？人在樓梯走動(dòng)時(shí)腳停留的位置；棋盤上棋子的擺放位置。電子繞核運(yùn)動(dòng)軌道與衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道是不一樣的。衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道半徑可按需要去任意值，軌道半徑是連續(xù)的。（2）定態(tài)在不同軌道上運(yùn)動(dòng)，原子的狀態(tài)是不同的，原子有不同的能量。軌道是量子化的，原子的能量也是量子化的，滿足：（n=1，2，3）問題：原子的能量包括哪些？ 電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能； 電子原子核這個(gè)系統(tǒng)具有的勢(shì)能。能級(jí)：這些量子化的能量值叫做能級(jí)。定態(tài)：原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。基態(tài)：能級(jí)最低的狀態(tài)叫做基態(tài)。激發(fā)態(tài)：其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。以氫原子為例，基態(tài)：E1=-13.6eV代

4、表電子在最靠近原子核的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)整個(gè)原子的能量，此時(shí)原子是最穩(wěn)定的。問題：原子的能量為什么是負(fù)值？激發(fā)態(tài)：n=2，E2=-3.4eV；n=3，E3=-1.51eV；n=4，E4=-0.85eV；此時(shí)原子比較不穩(wěn)定。綜上：軌道量子化與定態(tài)，解釋了為什么原子是穩(wěn)定的。 氫原子能級(jí)圖2頻率條件問題：電子在定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生電磁輻射，為什么我們會(huì)觀察到原子光譜？（1）躍遷：原子由一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)，稱為躍遷。高低：放出光子（自發(fā)的）吸收光子：低高問題：為何用“躍”字？（2）躍遷的頻率條件：（m>n）原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的過程是吸收能量的過程。原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基

5、態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的過程。吸收或輻射光子的能量恰等于發(fā)生躍遷的兩能級(jí)之差。綜上：躍遷的頻率條件，解釋了原子光譜的分立特征。三、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋1根據(jù)玻爾理論推導(dǎo)出巴爾末公式，從理論上算出里德伯常量R的值。2玻爾理論很好解釋甚至預(yù)言氫原子的其他譜線。三、玻爾模型的局限性1保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。2對(duì)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氦原子，就無法解釋他的光譜現(xiàn)象。電子云：某時(shí)刻電子在某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。甲圖為n=1 ，乙圖為n=2的幾個(gè)可能狀態(tài)中的一個(gè)。四、課堂練習(xí)1、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（ ）A、可以取任意值B、可以在

6、某一范圍內(nèi)取任意值C、可以取一系列不連續(xù)的任意值D、是一系列不連續(xù)的特定值2（雙）、根據(jù)玻爾理論，氫原子輻射出一個(gè)光子后，下列判斷正確的是（ ）A、氫原子的能級(jí)減小 B、電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑增大C、電子的動(dòng)能減小  D、氫原子的勢(shì)能減小3（雙）、氫原子能級(jí)圖如圖所示，一群氫原子處于量子數(shù)為n=4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí)（ ）A輻射光子的能量可能是連續(xù)的B最多輻射出3種不同頻率的光子C最多輻射出6種不同頻率的光子D由n=4躍遷到n=1時(shí)發(fā)出光子的波長最短4（雙）、對(duì)處于基態(tài)氫原子，下列說法正確的是（       ）  A、它能吸收10eV的光子B、它能吸收14eV的