高中物理 2.4 波尔的原子模型能级教案教科版选修3-5

更新时间：2023-05-06 15:36:01 阅读量：实用文档文档下载

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2.4 波尔的原子模型能级

三维教学目标

1、知识与技能

（1）了解玻尔原子理论的主要内容；

（2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。

2、过程与方法：通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生。

3、情感、态度与价值观：培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。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。

（一）引入新课

提问：

（1）α粒子散射实验的现象是什么？

（2）原子核式结构学说的内容是什么？

（3）卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾？

电子绕核运动（有加速度）

辐射电磁波频率等于绕核运行的频率

能量减少、轨道半径减少频率变化

电子沿螺旋线轨道落入原子核原子光谱应为连续光谱

（矛盾：实际上是不连续的亮线）

原子是不稳定的

（矛盾：实际上原子是稳定的）

为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。

（二）进行新课

1、玻尔的原子理论

（1）能级（定态）假设：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。这些状态叫定态。（本假设是针对原子稳定性提出的）

（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E n）跃迁到另一种定态（设能量为E m）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

n m E E h -=ν（h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）

（3）轨道量子化假设：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。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）

2、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：

轨道半径：12r n r n = n=1，2，3……能量： 121E n E n = n=1，2，3……式中r 1、E 1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，r n 、E n 分别代表第n 条可能轨道的半径和电子在第n 条轨道上运动时的能量，n 是正整数，叫量子数。

3、氢原子的能级图

从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。

（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径r n ： r n =n 2

r 1，

r 1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径 r 1=0.53×10-10 m

例如：n=2， r 2=2.12×10-10 m

（2）氢原子的能级：

原子在各个定态时的能量值E n 称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量E n （包括动能和势能） E n =E 1/n 2 n=1，2，3，······

E 1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量，E 1=-13.6eV

注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。

例如：n=2，E 2=-3.4eV ， n=3，E 3=-1.51e V ， n=4，E 4=-0.85eV ，……

氢原子的能级图如图所示：