高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册氢原子光谱和玻尔的原子模型表格教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册氢原子光谱和玻尔的原子模型表格教学设计及反思，共3页。
课程基本信息
学科
物理
年级
高二年级
学期
春季
课题
氢原子光谱和玻尔的原子模型
教科书
书 名：物理选择性必修第三册教材
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年7月
教学目标
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。
4．了解玻尔原子理论的主要内容。
5．了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。
教学内容
教学重点：
1. 氢原子光谱的实验规律。
2. 玻尔原子理论的基本假设。
教学难点：
1. 经典理论的困难。
2. 玻尔理论对氢光谱的解释。
教学过程
1.光谱
用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开，获得波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线这样的光谱叫作线状谱。有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。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。
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物质的化学组成成分。这种方法叫做光谱分析。光谱分析具有灵敏度高的优点。样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。
2. 氢原子光谱的实验规律
氢原子只能发出一系列特定波长光。1885年，瑞士科学家巴耳末发现这些谱线的波长满足一个简单的公式。
其中n 有两层含义，一是 n 取一个值，可求出氢光谱中一条谱线的波长，说明每一个 n 值分别对应一条谱线。
二是 n 值只能取正整数值3，4，5，……
3.经典理论的困难
按经典理论，电子绕核旋转，且不断向四周辐射电磁波。电子的能量不断减小，会逐渐靠近原子核，并发射出频率不停变化的电磁波。
事实上，原子光谱是不连续的光谱，原子辐射电磁波频率也是不连续的，且实验表明原子相当稳定，按经典理论的结论与实验不符。
4.玻尔原子理论的基本假设
（1）轨道量子化
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。
（2）定态
根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。
（3）频率条件
原子在始、末两个能级 Em 和 En ( Em>En ) 间跃迁时，发射 (或吸收) 光子的频率可以由前后能级的能量差决定。
5.玻尔理论对氢光谱的解释
按照玻尔理论，巴耳末公式中的正整数n和2，正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。因此，巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为n＝3，4，5，……的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。按照这个思路，可以根据玻尔理论推导出巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量R的值。这样得到的结果与实验值符合得很好。同样，玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，即氢原子从高能级向m＝1，3，4等能级跃迁所产生的相应光谱。它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等。
处于基态的原子非常稳定，处于激发态的原子是不稳定的。会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，回到基态。
6. 波尔理论的局限性
玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念。现在已经知道，它们都是微观世界物理规律中的核心概念。玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。但对于稍微复杂一点的原子如氮原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象。这说明，玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律。后来，人们经过进一步探索，建立了完整描述微观规律的量子力学。
玻尔理论的不足之处在于保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。实际上，根据量子力学，原子中电子的坐标没有确定的值。因此，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，而不能把电子的运动看成一个具有确定坐标的质点的轨道运动。当原子处于不同的状态时，电子在各处出现的概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，人们形象地把它叫作电子云。