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氢原子光谱和玻尔的原子模型（第二课时）
人教版高中物理
选择性必修3
新知导入
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化
事实上：原子是稳定的
辐射电磁波频率只是某些确定值
无法解释原子的稳定性
无法解释原子光谱的分立性
卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论发生了矛盾
新知讲解
1、轨道量子化——针对原子核式结构模型提出
①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值
②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射
轨道量子化：
氢原子：
量子数
+
rn
v
n=1
n=2
n=3
n=1
n=2
n=3
-
一、玻尔原子理论的基本假设
新知讲解
2、能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出
②能级：原子的在各种定态时的能量值
①定态：原子中具有确定能量的稳定状态
最稳定
基态：能量最低的状态(离核最近)
激发态：其他的能量状态
能量量子化：
氢原子：
新知讲解
3、频率条件(跃迁假说)——针对原子光谱是线状谱提出
跃迁：原子在从高（低）能级跳到低（高）能级电子辐射（吸收）光子的过程。
+
m
n
-
频率条件:
低能级（En）
电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加
高能级（Em）
电子辐射光子，原子能量减少
跃
迁
新知讲解
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
H
－－－－－－－－－
1
2
3
4
5
0
n
E/eV
∞
成功解释了氢光谱
的所有谱线
频率条件:
玻
尔
原
子
模
型
轨道量子化：
量子数
氢原子：
能量量子化：
氢原子：
新知讲解
二、玻尔理论对氢光谱的解释
n?∞：电子脱离核束缚
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E
/eV
氢原子能级图
新知讲解
1、向低轨道跃迁
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E
/eV
处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。
跃迁时发射光子的能量：
发射光子
光子的能量必须等于能级差
说明：由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
新知讲解
2、向高轨道跃迁
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E
/eV
吸收光子
吸收光子的能量必须等于能级差，因此吸收光谱也是一些分立的暗线
处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。
电离后自由电子动能EK
=
hv
-
En
跃迁时吸收光子的能量：
当光子的能量大于或等于该能级的能量时，
课堂练习
一个氢原子
一群氢原子
n=2
n=3
n=4
...
...
....
n
1
2
3
n-1
1
1+2
1+2+3
-13.6
eV
-3.40
eV
-1.51
eV
-0.85
eV
0
n=1
n=2
n=3
n=4
n=?
1、根据玻尔原子结构理论，氢原子的能级图如图所示。一个（或一群）处于第n能级的氢原子，向基态（第1能级）跃迁时，最多可辐射多少种不同频率的光？
新知讲解
跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化
1.当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。
2.当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。
新知讲解
三、玻尔模型的局限性
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
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
氦原子光谱
量子化条件的引进没有适当的理论解释
新知讲解
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α
粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
原子不可割
汤姆孙的西瓜模型
原子稳定性事实氢光谱实验
卢瑟福的核式结构模型
出现矛盾
?
玻尔模型
复杂（氦）原子光谱
量子力学理论
玻尔模型
出现矛盾
否
定
建
立
否
定
建
立
出现矛盾
否
定
建
立
否
定
建
立
思想：必须彻底放弃经典概念
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
电子在某处单位体积内出现的概率
—
电子云
建
立
科
学
模
型
提
出
科
学
假
说
观察与实验所获得的事实
拓展提高
1、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
C
C：可能吸收一定频率的光子
AB：符合能量量子化的原理
D：符合轨道量子化的原理
拓展提高
2、(2020北京东城区一模)如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20
eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有(
)
A.2种
B.3种
C.4种
D.5种
B
拓展提高
解析：根据组合公式
,可知,大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子,
它们的能量分别是E1=-0.85
eV-(-1.51
eV)=0.66
eV,
E2=-0.85
eV-(-3.40
eV)=2.55
eV,E3=-0.85
eV-(-13.6
eV)=12.75
eV,
E4=-1.51
eV-(-3.40
eV)=1.89
eV,E5=-1.51
eV-(-13.6
eV)=12.09
eV,
E6=-3.40
eV-(-13.6
eV)=10.2
eV,
可见有三种光电子的能量大于3.20
eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。
拓展提高
1
2
3
4
5
∞
n
量子数
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E
/eV
3、要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态，则照射光光的频率必须为多少？跃迁后能发出几种频率不同的光？
解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV
由基态跃迁到激发态需吸收能量，可用一定频率的光照射。
则：吸收光子的能量hv=E4-E1。
V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-34
=3.08x1015Hz
6种
课堂总结
玻尔的原子模型
玻尔原子理论的假设
玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔理论的局限性
能量量子化
轨道量子化
跃迁
氦原子光谱
电子云
频率条件
电离
板书设计
玻尔的原子模型
玻尔原子理论的假设
玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔理论的局限性
能量量子化
轨道量子化
跃迁
氦原子光谱
电子云
频率条件
电离
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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物理选择性必修3第4章第4节氢原子光谱和玻尔的原子模型教学设计第二课时
课题
氢原子光谱和玻尔的原子模型
单元
4
学科
物理
年级
高二
学习目标
物理观念：知道玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。科学思维：掌握玻尔理论对氢光谱的解释，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。科学探究：通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究能力。科学态度与责任：学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。
重点
玻尔原子理论的基本假设
难点
玻尔理论对氢光谱的解释
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
核外电子绕核运动——辐射电磁波——电子轨道半径连续变小——原子不稳定——辐射电磁波频率连续变化。事实上：原子是稳定的；辐射电磁波频率只是某些确定值。卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论发生了矛盾：无法解释原子的稳定性；无法解释原子光谱的分立性
体会经典理论的困难和卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论之间的矛盾。
通过对经典电磁理论和卢瑟福核式结构模型的学习，学会在对比中学习新知识。
讲授新课
一、玻尔原子理论的基本假设1、轨道量子化——针对原子核式结构模型提出①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射轨道量子化：（n=1，2，3....）氢原子：r1=0.053nm2、能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出①定态：原子中具有确定能量的稳定状态基态：能量最低的状态(离核最近)激发态：其他的能量状态②能级：原子的在各种定态时的能量值能量量子化：氢原子：3、频率条件(跃迁假说)——针对原子光谱是线状谱提出跃迁：原子在从高（低）能级跳到低（高）能级电子辐射（吸收）光子的过程。频率条件:成功解释了氢光谱的所有谱线二、玻尔理论对氢光谱的解释1、向低轨道跃迁：发射光子跃迁时发射光子的能量：光子的能量必须等于能级差处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。说明：由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。2、向高轨道跃迁：吸收光子跃迁时吸收光子的能量：吸收光子的能量必须等于能级差，因此吸收光谱也是一些分立的暗线当光子的能量大于或等于该能级的能量时，处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK
=
hv
-
En课堂练习1、根据玻尔原子结构理论，氢原子的能级图如图所示。一个（或一群）处于第n能级的氢原子，向基态（第1能级）跃迁时，最多可辐射多少种不同频率的光？跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化1.当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。2.当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。三、玻尔模型的局限性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在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念，同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律。除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难，量子化条件的引进没有适当的理论解释。
学习玻尔原子理论的基本假设。学习玻尔理论对氢光谱的解释，理解跃迁和电离的概念。小组讨论，并完成表格。思考跃迁时电子动能，原子势能、原子能量的变化情况。回顾科学家们对电子结构的探索历程，了解波尔理论的局限性。
了解玻尔原子理论的基本假设，学习科学的发展是一个不断质疑的过程，鼓励学生大胆猜想。引导学生从能量的角度理解电子的跃迁，将能级跃迁和能量守恒结合，让学生学会掌握能量守恒的思想。通过小组讨论，提高学生的学习能力，总结出一个（或一群）氢原子向基态跃迁时辐射出的不同频率光的种类。结合能量守恒定律解决问题。观察与实验所获得的事实，建立科学模型提出科学假说。学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。
拓展提高
1、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解析：AB：符合能量量子化的原理；C：可能吸收一定频率的光子；D：符合轨道量子化的原理。2、(2020北京东城区一模)如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20
eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有( )A.2种
B.3种
C.4种
D.5种解析：根据组合公式
,可知,大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子,它们的能量分别是E1=-0.85
eV-(-1.51
eV)=0.66
eV,E2=-0.85
eV-(-3.40
eV)=2.55
eV,E3=-0.85
eV-(-13.6
eV)=12.75
eV,E4=-1.51
eV-(-3.40
eV)=1.89
eV,E5=-1.51
eV-(-13.6
eV)=12.09
eV,E6=-3.40
eV-(-13.6
eV)=10.2
eV,可见有三种光电子的能量大于3.20
eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。答案：B3、要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态，则照射光光的频率必须为多少？跃迁后能发出几种频率不同的光？解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV由基态跃迁到激发态需吸收能量，可用一定频率的光照射。则：吸收光子的能量hv=E4-E1。V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-34
=3.08x1015Hz6种
完成拓展提高。
完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
一、玻尔原子理论的假设1、轨道量子化2、能量量子化3、频率条件二、玻尔理论对氢光谱的解释1、跃迁2、电离三、玻尔理论的局限性1、氦原子光谱2、电子云
总结课堂上学习的知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书
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精品试卷·第
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