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对《能级》一节的教学探讨 厦门六中 毕爱晶 摘要：本文概述了玻尔理论的发展过程和基本内容，分析教材中对“能级”一节各知识点的处理。提出对本节知识的教学方法，对教材的分析、利用，以及难点的突破。也提出在教学中遇到的困难与大家探讨。 关键词：玻尔理论 能级 跃迁 光谱 “能级”的来历——玻尔理论 19世纪，人们已经知道物质是由原子组成。1911年E.卢瑟福提出原子核式模型，这一模型与经典物理理论之间存在着尖锐矛盾，原子将不断辐射能量而不可能稳定存在；原子发射连续谱，而不是实际上的离散谱线。玻尔着眼于原子的稳定性，吸取了M.普朗克、A. 爱因斯坦的量子概念，于1913年考虑氢原子中电子圆形轨道运动，提出原子结构的玻尔理论。理论的两条基本假设是：①定态假设原子系统中存在具有确定能量的定态，原子处于定态时，电子绕核运动不辐射也不吸收能量。原子的定态可通过经典力学和角动量量子化条件得出。②跃迁假设原子系统从一个定态过渡到另一个定态，伴随着光辐射量子的发射和吸收。玻尔由基本假设出发，计算出氢原子的轨道半径和能量公式如下 氢原子的轨道半径为 氢原子能量公式为 可见，氢原子的轨道半径和能量都不是连续的，即是量子化的。 把这种量子化的能量值称为原子能级（简称能级）。当氢原子由一个能级跃迁到另一能级时，就产生一条谱线。玻尔的计算结果与实验数据符合的很好。 3、玻尔理论的成功及局限性 玻尔理论对氢原子光谱的解释获得了很大的成功，在原子理论和量子力学的发展过程中起到了很大的作用。然而，玻尔只考虑了电子绕原子核的运动，实际上分子、原子、电子、原子核的运动是相当复杂的。所以玻尔理论对复杂的碱金属光谱就难以解释，对谱线的强度、色散现象、偏振等问题更无法处理。直到1926年，薛定谔等人建立了量子力学人们才对微观粒子的运动规律有了更全面、深刻的认识。 教材对玻尔理论内容的处理 本章“量子论初步”分五节。第一、二节介绍光的波粒二象性，初步接触量子化、二象性、概率波等概念，第三节介绍能级概念，第四节介绍物质波的概念，第五节介绍不确定关系。 第三节“能级”分以下几部分讲述： 1、引入：简述有核模型与经典物理理论之间矛盾，让学生阅读教材，然后请他们例举生活中与原子跃迁相似的事件，交流他们对此知识点的理解。学生举出了非常好的例子：能级就好比台阶，原子跃迁就好比一个人在跳台阶。人可以从上跳到下，也可以从下跳到上，可以跳一级，也可以跳多级，但是不可能跳到某两级之间。向上跳相当于原子由低能级向高能级跃迁，跳的台阶越多，需要的能量就越大，如果上跳时具有的能量在到达二级与三级之间，他就无法到达第三级台阶而是落在第二阶上。这样一个类比，形象生动地描述了原子跃迁的过程，很容易突破了难点。但它也有一个缺点，生活中的台阶大多是高度一致的，而能级图中每两个能级的差是逐级递减的。目前还没找到更合适的例子，我就让学生记住这个区别。 5、“原子光谱”部分： 玻尔理论的一个重要贡献就是正确解释了氢原子光谱。教材中“原子光谱”这部分内容也可以看成是玻尔理论的应用。可以围绕几个问题展开： ①.能量量子化的观点怎样解释原子光谱是线状光谱？ ②.为什么各元素的原子光谱不同？ ③.为什么可以用光谱分析确定样品中有哪些元素？ ④.光谱分析有什么优越性？ 光谱分析在现代科学，如地质、冶金、石油、生物医学、地球化学、材料和环境科学等各个领域内获得了广泛应用。可向学生做简单介绍，使其了解物理在科技进步以及社会发展中发挥的重要作用。 有待解决的问题 一些学生在学完整章会有这样的烦恼：“学完能级，对原子结构有了清晰的认识，但是学了物质波，看了氢原子的电子云好像又变得糊涂了。”其实，对电子等微观粒子，由于不能用确定的坐标描述他们在原子中的位置，因此，电子在原子中运动的“轨道”这样的说法其实是没有意义的。电子云表示的是电子在原子核各个位置出现的概率。 我想学生之所以会有这样的疑惑，是因为学习能级这节中“轨道量子化”时留下了错误的前概念。这部分内容建立在卢瑟福的核式结构模型之上，本身就是不完善的，教材出现它的目的应该是为“能量量子化”做准备。 这块“鸡肋”，舍掉，学生该如何理解能级？不舍，错误概念又怎样消除呢？ 以上是我一点不成熟的看法，请各位老师指正。 参考文献 [1] 杨福家，原子物理学，高等教育出版社，1991年 [2] 戴剑锋，物理发展与科技进步，化学工业出版社，2005年