§13-10玻尔的原子理论能级..doc

§13-10 玻尔的原子理论 能级 [教学目标] 一、知识目标 1．知道卢瑟福原子模型的困难。 2．了解玻尔原子理论的主要内容。 3．了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。 二、能力目标 会用玻尔理论解释氢原子光谱的规律。 [教学重点] 玻尔的原子模型，能级概念。 [分析学生] 在学生已有的光谱知识基础上，以分析氢原子光谱为例引入玻尔理论，学生就能较好地理解玻尔理论。 [教学设计思路] 通过分析卢瑟福原子核式结构学说与原子光谱的矛盾，引入玻尔理论，通过利用玻尔理论解释氢原子光谱，进而使学生接受玻尔理论。 [教学资源] CAI教学课件。 [课时安排] 1.5学时 [教学过程] 导入新课 人们对原子光谱的研究，在原子物理学的发展中起过重要的作用。每种元素的原子光谱都具有各自独有的规律性，这使人们推测：原子光谱的特性是否与原子本身的结构以及原子内部电子的运动情况有关。19世纪末到20世纪初叶，人们对原子的结构有许多设想，其中与实验事实最为吻合的是卢瑟福的原子核式结构模型（图1）。 新课教学 一、原子核式结构 介绍卢瑟福的原子核式结构模型：原子的中心部分是一个半径约为10－14 m的核（原子核），原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在核上，电子在核外半径约为10－10 m的区域内绕核转动。 卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾，无法解释原子的线状光谱。 用卢瑟福模型解释原子光谱 原子绕核运动（有加速度） ↓ 辐射电磁波 → 频率等于绕核运行的频率 ↓ ↓ 能量减少、轨道半径减小 → 频率变化 ↓ ↓ 电子沿螺旋轨道落入原子核 原子光谱应为连续光谱 ↓ （矛盾：实际上是不连续得亮线） 原子是不稳定的 （矛盾：实际上原子是稳定的） 玻尔在卢瑟福所提出的原子结构模型的基础上，结合原子光谱的不连续规律，应用普朗克的量子假说和爱因斯坦的光子假说，对原子结构提出新的假说。 二、玻尔的原子理论 1．定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中能量是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。 2．跃迁假设 原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种假定态（设能量为E1）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??=|E2- E1| 3．轨道的量子化假设 原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运行，只有满足下列条件的轨道才是可能的：轨道的半径r跟电子的动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即 mv r = nh/2π， n =1，2，3，··· 式中的n是正整数，叫量子数，这种现象叫做轨道的量子化假设。 三、氢原子的大小和能级 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=n2r 1 式中：r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径 r1=0.53×10-10 m，其他轨道的大小由上式决定。 例：当n=2, r2=22r1＝2.12×10-10 m n=3， ………… 2．氢原子的能级 原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。 能级对应电子在各个可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能） En=E1/n2 n=1，2，3， … 取E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量。 为了形象起见，通常用能级图表示原子的能态及电子跃迁的情况。如图2是氢原子的能级图。纵坐标表示能量，水平线表示原子在不同定态的能量值，称其为能级图。 每一个定态的能量值叫做原子的一个能级。 当n=1，则 E1=-13.6 eV 注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，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：对于氢原子当n=2， E2=-3.4 eV n=3， E3=-1.51 eV n=4， E4=-0.85 eV ………… 3．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。 4．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