山东第一医科大学（泰山医学院）：《基础化学》课程教学资源（实验教案，打印版）PBL教学理论教案氢原子结构的玻尔模型

教 姓名王腾2013~2014学年第一学期时间2013.918节次1-3 误程名称 基础化学 授误专业及层次 临床医学本科 授课内容 氢原子结构的玻尔模型 学时数 3 教学目的 运用玻尔模型解释氢原子光谱的形成 重点 玻尔模型三条假设 难点 能量量子化 自学内客 卢瑟福有核原子模型：黑体辐射实验；光电效应实验 使用教具 多媒体 相关学科知识 数学微积分知识；物理力学知识 教学法 PBL教学法 讲授内容纲要、要求及时间分配 第一章原子结构 §11氢原子结构的玻尔模型 引言原子结构的发现史 5分钟 原子的有核模型是1911年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提 出的。1913年，丹麦科学家玻尔借助普朗克关于热辐射的量子理论以及爱 因斯坦的光子学说，应用于原子中电子的运动，建立了氢原子模型 提出问题： 5分钟 ①氢原子光谱与连续光谱相比有什么特点？ ②使用经典物理学能否解释氢原子光谱的形成？ ③什么是卢瑟福有核原子模型？ ④什么是量子化？能量量子化是怎样的？ ⑤爱因斯坦提出的光子学说具体理论是什么？ ⑥玻尔的氢原子模型包含哪三条假设？ ⑦如何利用量子化假设结合经典物理学推导氢原子光谱谱线频率计算 公式？ ⑧玻尔的氢原子模型有哪些不足之处？

学生分组讨论学习： ①学生以5人为单位自由组合为一个小组，并推选出一名小组长。小 组长负责组织本小组的学习活动，将学习任务分配到每一名小组成员。 5分钟 ②小组内成员针对教师提出的问题进行学习。以教材为基础，同时在20分钟 图书馆查阅其它课外参考书和文献，并积极运用互联网搜索查询相关资料】 ③小组内成员对问题进行学习讨论。针对每一个问题，每名组员都提 出自己的答案和见解，同时其他组员提出自己的意见，大家在讨论中形成本 20分钟 小组对学习问题的共同解决方案。 ④小组间对问题进行学习交流。小组长代表本小组在课堂上向全班同 20分钟 学汇报本小组的学习情况和学习成果，对教师提出的问题进行一一解答，并 由全体学生对每一小组的表现进行评价。 ⑤学生对整个学习活动进行反思概括，总结自己学到了哪些知识和方20分钟 法，有哪些收获，学习中还存在哪些不足，以后应该如何改进。 教师对整个活动进行归纳总结： ①教师对每个小组的学习表现进行点评，明确优缺点，对优点进行激 5分钟 励和表扬，同时指出存在的问题，以及以后努力的方向。 ②结合学生的谍堂表现，对重点、难点和学生解决不好的问题进行详 细讲解，同时纠正和弥补学生在讨论中的错误和不足」 一、玻尔的氢原子模型建立基础 1、氢原子光谱 10分钟 白光散射时可观察到可见光区的连续光谱，但原子受激发后发射所得光 谱却是不连续的线状光谱。例如氢原子的发射光谱在可见光区有四条谱线 经典电磁理论与氨原子光谱的矛盾之处： 其一，按经典的电动力学理论，带负电的电子绕核旋转时，必然要发射 电磁波，也就是说要不断的释放能量，以至电子绕核的轨道半径越来越小 最后电子会掉到原子核上而毁灭，原子是一个不稳定体系； 其二，电子绕核高速运动，释放出的能量应该是连续的，辐射出的电磁 波的频率也将逐渐地改变，也就是说，得到的氢原子光谱应该是连续光谱 实际上，原子是稳定存在的，原子光谱是线状光谱

2、玻尔的氢原子模型建立基础 10分钟 (1)卢瑟福有核原子模型（原子中心有一个带正电的原子核，它集中了原 子全部的正电荷和几乎全部的质量；带负电荷的电子在核外空间绕核高速运 动.) (2)普朗克的量子论（能量量子化） ①黑体辐射实验现象 【黑体：任何温度下，能够完全吸收外来的辐射而不进行反射和透射的理 想物体。 Ⅱ辐射能量密度随波长变化曲线的形状和位置只与黑体的绝对温度有关， 而与空腔的形状及组成物质无关。 ②普朗克提出能量量子化假设 【黑体是由不同频率的谐振子组成 Ⅱ每个特定频率的谐振子的能量E总是某个最小能量单位0的整数倍，这 个基本单位叫能量子。E=n0 Ⅲ每个能量子的能量与谐振子的振动频率关系为0hm. 量子化：不连续的状态，只有在微观领城里才有意义。 (3)爱因斯坦的光子学说（光的最小能量单位是光子） ①光电效应实验现象 【发射出的电子的动能与光的强度无关。 Ⅱ只有当光的频率超过临阈值时，电子才会发射 Ⅲ当光的频率超过临阚值时，发射出的电子的动能与光的频率呈线性关系 ②爱因斯坦提出光电效应机理 【光的最小能量单位叫光子 Ⅱ光电效应机理1/2mv2=ho-W。Wo为逸出功 光子与电子碰撞，光子的能量被电子吸收，一部分被用来克服金属离子 的吸引，另一部分就是电子离开金属表面具有的动能

二、玻尔的氢原子棋型 20分钟 1、定态假设：核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动。电子 在这些轨道上运动时不辐射能量也不吸收能量。电子处于一种“定态”.这时 原子的能量最低，即原子处于基态 2、频率假设：当原子从外界获得能量时，电子可以跃迁到离核较远的 轨道上去，即电子被激发到较高能量的轨道上，这时原子处于激发态。处于 敦发态的电子不稳定，可跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。光的 频率取决于离核较远轨道的能量与离核较近轨道的能量之差：E,一E=y 3、量子化条件假设：电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符 合一定条件的轨道上运动。电子运动的角动量L(L=mvr),等于h/2π的整 数倍，即mr=nh/2元(n=1,2,3..) 根据经典力学原理和量子化条件，计算氢原子中电子运动的轨道半径和 能量。 附：氢原子光谱谱线频率计算公式 电子绕核作圆周运动的向心力是由核与电子之间的静电引力提供的 mnze 电子动能：合m2 z'me 8egn'h2 电子他【 4sin'h? 电子总能量：动能+势能一8F z'me" rn=5.29x10n2m En=-13.6/n2ev 当电子在定态1和2间跃迁时，放出或吸收的光的频率应满足： hv-Ea-Ea) 对应的波数少=

R,=136eL-1.097x10cm里德堡常数 hc 三、解决的问题和不足 玻尔运用量子化观，点，成功地解释了氢原子的稳定性和不连续光谱。但 5分钟 玻尔理论未能冲破经典物理学的束缚，不能解释多电子原子光谱，甚至不能 说明氢原子光谱的精细结构。玻尔理论属于旧量子论，只是在经典物理学基 础上加上了人为的量子化假设，必将被彻底的量子力学理论所代替。 课堂小结：玻尔氢原子模型的建立基础和对氢原子光谱成因的解释 5分钟