四原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)

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1、附錄:清新縣第一中學(xué)集體備課教案專(zhuān)用紙(物理學(xué)科選修3-5第3單元(章節(jié))第四節(jié))上課時(shí)間：09年4月10日第9周星期五第節(jié)教案主備人尹偉洪課題原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：(1)了解玻爾原子理論的主耍內(nèi)容；(2)了解能級(jí)、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。過(guò)程與方法：通過(guò)玻爾理論的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解氫光譜的產(chǎn)生。情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)：培養(yǎng)我們對(duì)科學(xué)的探究精神，養(yǎng)成獨(dú)立自主、勇于創(chuàng)新的精神。教材分析重點(diǎn)、：玻爾原子理論的基本假設(shè)。難點(diǎn)、：玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。教學(xué)分析教法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。學(xué)法：

2、實(shí)驗(yàn)、歸納，培養(yǎng)熱愛(ài)物理的興趣。教學(xué)手段實(shí)驗(yàn)、分析、歸納課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過(guò)程(一)引入新課提問(wèn)：(1)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？(2)原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容是什么？(3)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)與經(jīng)典電磁理論的矛盾？電了繞核運(yùn)動(dòng)（冇加速度）輻射電磁波?頻率等于繞核運(yùn)行的頻率能量減少、軌道半徑減少?頻率變化電子沿螺旋線(xiàn)軌道落入原子核原了?光譜應(yīng)為連續(xù)光譜（矛盾：實(shí)際上是不連續(xù)的亮線(xiàn)）原子是不穩(wěn)定的（矛盾：實(shí)際上原子是穩(wěn)定的）為了解決上述矛盾，丹麥物理學(xué)家玻爾，在1913年提出了Q己的原了?結(jié)構(gòu)假說(shuō)。（二）進(jìn)行新

3、課1、玻爾的原子理論（1）能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)屮，在這些狀態(tài)屮原子是穩(wěn)定的，電了里然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（木假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的）（2）躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為t）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hv=Em-En（h為普朗克恒量）（木假設(shè)針對(duì)線(xiàn)狀譜提!li）（3）軌道量子化假設(shè)：原子的不M能暈狀態(tài)跟電子沿不M的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，W此電子的

4、可能軌道的分介也是不連續(xù)的。（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）2、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）公式：軌道半徑：rz;=n2r}n=l,2,3……能量：Eu=exn=l,2,3……式n屮n、E:、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，rn、En分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。3、氫原子的能級(jí)圖從玻爾的基本假設(shè)岀發(fā)，運(yùn)用經(jīng)典電磁學(xué)和

5、經(jīng)典力學(xué)的理論，可以計(jì)算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量。(1)氫原子的大?。簹湓拥碾娮拥母鳁l可能軌道的半徑rn=n2r>,r：代表第一條(離核最近的一條)可能軌道的半徑r^O.53XW10m例如：n=2,r2=2.12X1O-10m(2)氫原子的能級(jí)：原子在各個(gè)定態(tài)時(shí)的能量值E?稱(chēng)為原子的能級(jí)。它對(duì)應(yīng)電子在各條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量Etl(包括動(dòng)能和勢(shì)能)E^E^n2n=l,2,3,E:代表電子在第一條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，E：=-13.6eV注意：計(jì)算能量時(shí)取離核無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零，電子帶負(fù)電，

6、在正電荷的場(chǎng)中為負(fù)值,電子的動(dòng)能為電勢(shì)能絕對(duì)值的一半，總能量為負(fù)值。例如：n=2,E2=-3.4eV,n=3,E3=-l.51eV,n=4,E,=-0.85eV,……氫原子的能級(jí)圖如圖所示：I一13.64、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋(1)基態(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原了?處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài),叫基態(tài)。激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級(jí)時(shí)，電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。(2)原子發(fā)光：原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的過(guò)程是吸收能量的過(guò)程。原子從較高的激發(fā)態(tài)叫較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷

7、的過(guò)程，是輻射能量的過(guò)程，這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，吸收或輻射的能量恰等于發(fā)生躍遷的兩能級(jí)之差。I———怕郵系匕耳末系賴(lài)曼系說(shuō)明：氫原子屮只有一個(gè)核外電子，這個(gè)電子在某個(gè)吋刻只能在某個(gè)可能軌道上，或者說(shuō)在某個(gè)時(shí)間由某軌道躍遷到另一軌道——可能情況只有一?種。町是，通常容器盛冇的氫氣，總是千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)原子在一起，這些原子核外電子躍遷時(shí)，就會(huì)宥各種情況出現(xiàn)了。似是這些躍遷不外乎是能級(jí)圖中表示出來(lái)的那些情況。（1）夫蘭克一赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義1911年，盧瑟福根據(jù)u粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。1913

8、年，玻爾將齊朗克量子假說(shuō)運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)要概念：原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電了在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的人小取決丁原子所處兩定態(tài)能級(jí)間的能暈差。隨著英W物理嗲家埃萬(wàn)斯對(duì)光譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在1914年，德國(guó)科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣