高中物理 3.4《原子的能级结构》教案 粤教版选修3-5

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1、原子的能级结构★新课标要求（一）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。（二）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。（三）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。★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1课时★教学过程（一）引入新课复习提问：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

2、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）教师：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En）跃迁到另一种定态（设能量为Em）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hEE（h为普朗

3、克恒量）mn（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2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：rnrn11n=1，2，3……能量：En2E1n=1，2，3……式中r1、E1、分别代表第一条（即n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，rn、En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

4、，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。2（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径rn：rn=nr1，r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径-10r1=0.53×10m-10例：n=2，r2=2.12×10m（2）氢原子的能级：①原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各2条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能）En=E1/nn=1，2，3，······E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量E1=-13.6eV注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，

5、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：n=2，E2=-3.4eV，n=3，E3=-1.51eV，n=4，E4=-0.85eV，……氢原子的能级图如图所示。4．玻尔理论对氢光谱的解释（1）基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃

6、迁的两能级之差。说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道——可能情况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，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。5．夫兰克—赫兹实验（1）实验的历史背景及意义1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原

7、子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法（与光谱研究相独立），简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克