4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 教学设计 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型教案 【教材分析】 (一)教材分析 本节内容主要分为两大部分：第一部分是光谱、氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难：第 二部分是波尔原子理论的基本假设、波尔理论对氢原子光谱的解释和玻尔理论的局限性。第二 部分的是本节的中点难点。 本节内容再现了原子结构理论在实践中接受检验、推理、再检验、再修正的过程。要在教学过 程中使学生体会到，从原子结构的核式结构（理论）到经典理论难以解释（实践）再到玻尔原 子结构假设说（新理论）再到对氢光谱的成功解释（再实践）的科学探究过程，领会科学方法 和科学精神。 波尔意识到经典理论在解释原子结构方面的困难，在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦 关于光子概念的启发下，把量子观念引人原子系统，提出了自己的原子结构假说，包括轨道量 子化与定态、跃迁的频率条件（又叫辐射条件）。尽管波尔模型后来被证明很不完善，但仍是 人们认识原子结构的一个重要标志。 【学情分析】 (一)学情分析 物理观念：了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱 的分析，了解原子的能级结构。明确玻尔原子模型的意义。 科学思维：领悟理论与实践结合的科学思想。掌握发现错误-分析原因提出假设实验验证的科 学探究方法 科学探究：物理学史中重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性，在对这种必然性以及理 论与实验的科学性的分析过程就是一种非常可行的科学探究过程。 科学态度与责任：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是 辩证发展的过程，通过教学让学生体验科学家所进行的科学探究，领会科学方法和科学精神。 【教学目标】 (一)教学目标 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。 【教学重难点】 (一)教学重难点 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 【新课导入】 (一)新课导入 核外电子绕核运动一辐射电磁波一一电子轨道半径连续变小一一原子不稳定一一辐射电磁 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 【新课讲解】 (一)光谱 光谱 1.光谱的定义 我们知道自然界中的白光其实是复合光，由多种不同频率的光组成，用三棱镜或者光栅可以把 物质发出的光按波长展开，从而获得光的频率和强度分布的记录，就是光谱。 问题：那光谱有哪些类别呢？ 获缝 光源 2.光谱的分类 ①连续谱：光谱是连在一起的光带 它由连续分布的一切波长的光簇组成。如图，所示的钨丝白炽灯的光谱。一般来说，炽热的固 体，液体或高压气体发出的光都形成连续光谱。比如炽热的钢水。 ②线状谱：光谱是一条条分立的亮线。 它只由游离状态的原子发射，所以也叫原子光谱。一般来说，稀薄气体或金属的蒸气发出的光 会形成线状谱，线状谱中的亮线叫谱线。比如图中的三条就是线状谱，虽然期间也有一些地方 连续，但是中间断了。 3.特征谱线 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。 4.光谱分析 同种元素的原子产生的线状谱是相同的，但不同元素的原子产生了，线状谱是不同的。意味着 可以从线状谱中鉴别物质的元素组成，这种光谱分析法，对于鉴别化学元素有着巨大的意义。 它不仅判断迅速，而且异常灵敏，只要某种元素的含量达到十的负100克，就可以通过特征 谱线将其检测出来。 (一)氢原子光谱的实验规律 氢原子光谱的实验规律 原子内部电子的运动是原子发光的原因，所以光谱研究，可以用来探索原子内部结构，从而验 证卢瑟福核式结构。我们从最简单的原子氢原子下手。 实验表明：在可见光区，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。氢原子光谱一 共有四条谱线。 思考：测出氢原子光谱的谱线位置之后，那么它有什么规律呢？ 41029 43-4.17 62 可见光区 可见光区谱线规律一巴尔末公式 n 里德伯常量：R=1.10X107m n有两层含义： ①每一个n值分别对应一条谱线。 ②只能取正整数3,4,5…，不能取连续值，反映了氢原子光谱波长的分立特征（线状谱）。 用它计算出的波长与实际测量值的相对误差不超过1/4万，吻合的非常好。巴尔末公式以简洁 的形式反映了氢原子光谱的分立特征，