高中物理184 玻尔的原子模型教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

高中物理184 玻尔的原子模型教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中物理184玻尔的原子模型教学设计学情分析教材分析课后反思

【教学设计】

玻尔的原子模型

课标要求：

1、知道玻尔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、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型；

4、了解玻尔模型的不足之处及其原因

新授课

19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究结果提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好地解释粒子散射实验，得到了多数人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾．

结合上节课所学请思考：

主要有哪两方面的矛盾？

粒子散射实验

按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上．由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化．

事实上，原子是稳定的，辐射电磁波的频率也只是某些确定的值．

1913年玻尔提出了自己的原子结构假说

1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这一现象叫做轨道量子化；

2、不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；

3、原子在不同的状态之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。

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．

光子的发射和吸收

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．

原子在始、末两个能级Em和En（Em>En）间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：

人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线，玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱．

原子从高能级跃迁到低能级时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，从光谱上看，原子辐射光波的频率只有若干分立的值．

典例精析：

右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当它们向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。

关于这些光下列说法正确的是（）

A、最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的

B、频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的

C、这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

D、用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应

温馨提示：

氢原子跃迁问题要注意是大量还是一个氢原子跃迁，若是大量跃迁可辐射出Cn2种频率的光；若是一个跃迁最多可辐射n-1种不同频率的光。

答案：

D

针对练习：

如右图所示为氢原子部分能级图。

关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是（）

A、用能量为10.2eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

B、用能量为11eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C、用能量为14.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离

D、大量处于基态的氢原子吸收了能量12.09eV的光子后，能辐射2种不同频率的光

答案：

AC

玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把原子结构的理论向前推进了一步．

玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性．

1、在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念；

2、同时又应用了“轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律

3、除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难．

玻尔理论的局限性（请阅读教材P59总结）

玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。

如粒子的观念和轨道。

量子化条件的引进没有适当的理论解释。

电子在某处单位体积内出现的概率——电子云（见教材P60图18.4-4）

课堂互动：

请同学们讨论一下这节课所学的主要内容！

当堂达标：

1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）

A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同

C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系

D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的

2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）

A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量

B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量

C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子

D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的

3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（）

A、电子轨道半径越大B、核外电子的速率越大

C、氢原子能级的能量越大D、核外电子的电势能越大

4、根据玻尔的原子理论原子中电子绕核运动的半径（）

A、可以取任意值

B、可以在某一范围内取任意值

C、可以取一系列不连续的任意值

D、是一系列不连续的特定值

5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（）

A、原子要发出一系列频率的光子

B、原子要吸收一系列频率的光子

C、原子要发出某一频率的光子

D、原子要吸收某一频率的光子

参考答案：

1、ACD，2、C，3、ACD，4、D，5、C

教师提问：

卢瑟福的核式结构模型能很好地解释α粒子散射实验，但是，当时很少有物理学家能接受这种电子绕核旋转的模型，大部分物理学家认为这种模型是不稳定的，为什么？

　　学生回答：

根据经典物理学理论，电子在库仑引力的作用下绕核旋转会激发电磁波，电子就会将自己绕核旋转的能量以电磁波的形式辐射出去，它会失去能量，早晚会落到原子核上，故认为原子是不稳定的。

　　2.玻尔的原子理论

　　教师：

正当物理学家们为卢瑟福的原子核式结构模型争论不休时，玻尔敏锐地看到：

应该否定的不是卢瑟福的核式结构模型，而是经典物理学对它的解释。

继而，他提出了自己的原子结构假说。

假说的内容主要有哪些呢？

　　学生：

假说的内容主要有两个方面。

　　第一个假设：

原子中的电子在库仑力的作用下绕核运动的半径不是任意的，必须满足一定的条件，只能是某些分立的数值。

电子在这些轨道上绕核旋转不产生电磁辐射，是稳定的。

电子在不同轨道上具有不同的能量，故原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫能级，这些状态叫做定态。

　　第二个假设：

只有电子在不同轨道间，即不同能级间跃迁时，才会放出或吸收一定频率的光子，光子的能量由两能级间的能量差决定，即hν=Em-En（m>n）。

　　3.玻尔理论对氢光谱的解释

　　教师：

玻尔理论是如何对氢原子光谱进行解释的呢？

　　学生：

根据玻尔理论，原子从高能级向低能级跃迁时会放出光子，放出光子的能量等于两能级之差。

由于原子的能级是分立的，故放出光子的能量也是分立的。

因此，原子的发光光谱是分立的线状谱。

　　根据玻尔理论，可以推导出巴耳末公式，从理论上算出里德伯常量，其值与实验值符合得很好。

玻尔理论不但成功地解释了氢光谱中的巴耳末系、帕邢系，还预言了当时尚未发现的氢原子的其他谱线系。

　　4.证明能级存在的实验——弗兰克-赫兹实验

　　教师：

激发原子的手段除了让它吸收电磁辐射外，还可以利用加热或使粒子碰撞等方式。

　　1914年，弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子。

他们测量电子与汞原子碰撞后损失的能量和汞原子在这些碰撞中获得的能量，发现能量的损失或获得是分立的，从而证明了玻尔关于原子存在着不连续能级的假说是正确的，具体的实验原理和方法请大家课后阅读“科学足迹”。

　　5.玻尔模型的局限性

　　教师：

玻尔首次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢光谱，但是用来解释稍微复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论结论与实验事实出入很大。

问题出在哪儿呢？

　　学生：

玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，不足之处在于过多地保留了经典物理理论。

　　教师：

实际上，原子中的核外电子并没有确定的轨道，我们只能知道电子在原子内各处出现的概率。

玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。

电子在原子核外的运动情况，通常用“电子云”来描述。

电子云图形象地给出了电子在原子核周围各处出现的概率。

　　玻尔理论虽有瑕疵，但他开创了原子核物理学，引领着量子力学的发展。

通过对量子力学、狭义相对论和原子核物理的研究，人类找到了核能，建立了以计算机控制为主导的现代工业，步入了信息时代。

道玻尔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、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型；

4、了解玻尔模型的不足之处及其原因

通过对前期学习的原子模型建立过程介绍，由此突显人类建立原子模型的艰难历程，实现“情感态度与价值观”这一目标．突出经典理论下原子核式结构模型的困惑，由此作为铺垫引出玻尔理论产生的历史必然性分析．

通过设置对原子核式模型存在困惑的梯度问题分析突显建立新理论的过程也就是对理论联系实际分析中进行去伪存真的过程，从中得出建立新理论的科学方法，以此培养学生形成科学的探究过程观：

提出问题……分析论证……．实现“过程与方法”这一目标．

对新理论内容进行细化理解，从而巩固新理论内容的基本知识；新理论的科学性分析不仅简单体现在对已知现象的正确解释，更应体现在从新理论角度指导探究（后来被证实的）未知领域．实现“基本知识与技能”、“过程与方法”这两目标．

巩固基本知识、方法，构建让所有学生都能有发挥空间的交流平台．实现“情感态度与价值观”这一目标．

窗体顶端

在学生自主学习和探究的过程中，教师可以设计若干符合学生认知规律和心理特征的问题，放手让学生动脑思考，动口讨论，动手实践，独自寻求解决问题的办法。

实践教学中学生的动手操作，要保证学生有足够的时间进行探究，对探究过程中的不同见解、疑难问题，在讨论交流中能各抒己见，互帮互助，共同提高，充分暴露学生的思维过程，引发逆向思维，从而培养学生的创新意识、创造能力和创新精神，对学生合作、团队精神的培养也有好处。

课堂教学中，教师要最大限度地发挥学生讨论、探究和研究的积极性、创造性，同时又要注意学生的讨论、研究及时进行恰如其分的启发，因势利导地调控讨论过程，潜移默化地进行研究能力的培养。

窗体顶端

课堂教学的经验告诉我们，引导学生评价完成知识和技能目标的程度，反思自己实践技能掌握的思路和方法，并与考核标准、同学们对照自己方法的优劣，完善科学的技能训练方法；引导学生回味解决问题过程中的情感体验、讨论方法和思维再现，结合教师的针对性评价，使学生真正体验到自主探索、自主学习的成功喜悦，更加珍惜实践学习成果，是鼓励学生继续学习探索和自主研究的重要途径。

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玻尔的原子模型是本单元的核心内容，教材在介绍玻尔原子模型时，根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，教材中没有直接提出玻尔的三条假设，但根据三条假设的内容，突出原子内电子可能轨道的量子化和原子相应能量的量子化观点．在这些不连续的能量状态下，原子是稳定的，只有原子处于较高能级的激发态向较低能级跃迁时以光子形式放出能量，发射光子的频率由下式决定

　　教学中应该让学生了解，玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把原子结构的理论向前推进了一步，应该着重说明玻尔理论的核心是原子能量的量子化（能量状态的不连续变化）．教材中不讲轨道半径公式

　　而是从原子能量的不连续性提出原子的能级．这里有几个问题需要注意：

　　①氢原子的能级图中各能级的能量值是直接给出的，能级图中能量单位取eV，图中n=1时，E1=-13.6eV是这样计算出来的。

以无穷远处的轨道能量为标准（零点）（即以电离后原子的能量记为0），所以电子的电势能为负值，轨道上电子的能量应当是电势能和动能两部分之和，例如电子在第一条可能轨道时，动能是+13.6eV，电势能是-27.2eV，总能量是E1=-13.6eV．

　　②能级图中在能级间画了原子发生能级跃迁的示意箭头，要向学生说明：

一个氢原子在某个时刻只发生一种跃迁．可是，通常容器中盛有的氢气，总是有千千万万个原子在一起，这些原子发生能级跃迁时，就会有各种情况出现了，但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况．

　　关于原子光谱的教学，教材中大大简化，主要讲清两点：

一是什么是原子光谱，它是稀薄气体通电时发出的线状谱（不是连续的）每个元素的气体只发出几条特定频率的谱线，它反映了该元素原子内部结构的特点故称为原子光谱；二是原子光谱为什么是不连续的，是因为原子的能级是不连续的，原子能级跃迁时发射的光子的能量是不连续的，因此光波的频率只是若干分立的值，用玻尔理论计算得氢原子光谱中的谱线的频率与实际测量的结果相当一致．

　　对于原子光谱的特点如下：

关于玻尔理论的成功和局限，这部分的教学应该使学生理解玻尔把量子化条件用到原子结构中来，这就是一种了不起的创举．他勇敢地冲破旧理论的束缚，创造性地继承和发展了前人的成果，尽管玻尔的理论还没有能够完全摆脱经典理论的框架，理论本身还很不完善，但是加进量子化假设，这就迈出了关键性的一步．从玻尔模型出发可以圆满地解释氢光谱，指明光的辐射与吸收的关系，这样，也可以解开学生学习光学时没有解决的“物质是怎样发光的”这一疑问，对原子光谱的谱线是元素的特征谱线问题，也可以从本质上有所了解．

最后，指出玻尔理论的局限性，粗浅地介绍电子云的概念（化学教材中已经这么讲了）以及建立在量子力学基础上的原子理论．这只能作为学生进一步学习的启示，不能做更多的要求．

　　在本单元教学中，也可采取这样的做法：

让学生说出自己知道的关于原子结构的知识，在这个基础上教师帮助整理成若干条（由原子到核，有顺序有层次地罗列出来），然后追问这些看法的事实根据，认识的历史过程．这样就可以逐条归纳、分析、说明、更正，展开原子模型的介绍，学生已有的知识便可少讲，增加一些历史故事、思想方法的评述、辩证唯物主义观点的渗透．这样安排，师生互相交流，学生发挥主动性，课堂气氛可以更活跃．

1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）

A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同

C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系

D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的

2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）

A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量

B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量

C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子

D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的

3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（）

A、电子轨道半径越大B、核外电子的速率越大

C、氢原子能级的能量越大D、核外电子的电势能越大

4、根据玻尔的原子理论原子中电子绕核运动的半径（）

A、可以取任意值B、可以在某一范围内取任意值

C、可以取一系列不连续的任意值

D、是一系列不连续的特定值

5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（）

A、原子要发出一系列频率的光子

B、原子要吸收一系列频率的光子

C、原子要发出某一频率的光子

D、原子要吸收某一频率的光子

在本节课中，我们沿着科学发展的脉络，将科学史、科学实验和科学概念有机结合，在问题情境中让学生思考，体会科学发展的历程，感受科学家追求真理、锲而不舍的精神，使学生认识到科学是不断发展的，科学理论是不断更新的，加深了他们对科学本质的理解。

教学中注意教学语言的锤炼！

课标分析：

1、知道玻尔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、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型；

4、了解玻尔模型的不足之处及其原因