波尔的原子模型教案

4 玻尔的原子模型

教学目标

（一）知识与技能

1.了解玻尔原子理论的主要内容。

2.了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。

3.能用波尔原子理论简单解释氢原子模型

（二）过程与方法

了解玻尔的原子结构理论及产生的背景依据"体会探索性发现符合“实践、认识、再实践、再认识”的规律；通过对玻尔理论的学习，会用它来解释氢光谱。

（三）情感、态度与价值观

培养学生尊重事实、敢于质疑、大胆想象、严谨认真的科学态度和科学精神，提高学生的思维创新能力。

教学重点

玻尔原子理论的基本假设

教学难点

玻尔理论对氢光谱的解释。

教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具

投影片，多媒体辅助教学设备

课时安排 1 课时

教学过程

（一）引入新课

1.α粒子散射实验的现象是什么？

（1）绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进.

（2）少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，有的几乎达到1800，好像是被金箔弹了回来。

2.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了何种原子结构模

型？

核式结构模型：:原子中存在一个带正电的、体积很小的核,叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中于原子核,电子在核外绕核高速旋转。

3.按照卢瑟福原子结构模型，电子在原子核外绕原子核做圆周运动，根据经典电磁理论出现什么问题？

（1）原子将是不稳定，电子最终将坠落于原子核，原子处在”坍塌“状态；但事实上，原子是个很稳定的系统。

（2）原子发射的电磁波的频率是连续的，即原子的光谱应该是连续的；而实际上原子的光谱是分立的线状谱。

卢瑟福的原子模型和经典电磁理论之间，存在着矛盾，这说明经典电磁理论不适用于原子结构。

为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。

（二）进行新课

1.玻尔的原子理论

轨道假设：电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而只能是一系列分立的、特定的轨道，即电子的可能轨道是不连续的，这种现象叫做轨道量子化。

能级假设：电子不同的轨道对应着原子不同的状态。在这些状态中，尽管电子在做变速运动，但原子是稳定的，既不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。定态所具有的能量值叫能级，用n E表示，n称为量子数(能量量子化)。能量最低的状态叫做基态（n=1），其他的状态叫做激发态（n=2、3、4、···）。

针对原子的稳定性提出的。

跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即n m E E h -=ν(跃迁量子化)，这个式子称为频率条件，又称辐射条件。针对原子光谱是线状谱提出的。

玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：

轨道半径：

12r n r n = n=1，2，3…… 能 量： n=1，2，3…… 式中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn 、En 分别代表第n 条可能轨道的半径和电子在第n 条轨道上运动时的能量，n 是正整数，叫量子数。

2.对波尔原子理论的产生有影响的理论

波尔作为卢瑟福的学生在卢瑟福的实验室工作过四个月，并参加了α粒子散射实验工作，对原子核式结构模型的正确性是深信不疑的！为此他要设法找到一个根本性的修正方法，即一种新理论，既能保留卢瑟福的原子核式结构模型，又能导出原子稳定性并解释线状谱。

在波尔模型提出之前，物理学界的几件大事，对他很有启发。 一是1900年德国物理学家普朗克为了解释黑体辐射实验，提出能量量子化概念，他认为带电微粒辐射和吸收能量时，是一份一份的，每一份叫做能量子。

二是1905年，爱因斯坦提出了关于光子的假说，他认为光不仅在发射和吸收时能量时一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的光子组成。

121

E n E n =

三是1885年瑞士物理学家巴耳末分析了可见光区的四条谱线，说明了原子光谱波长的分立特性。

波尔仔细地分析和研究了当时已知的大量光谱数据和经验公式，特别是受到了巴耳末公式的启示，很快写出了《原子结构和分子结构》的著名论文。论文把卢瑟福、普朗克、爱因斯坦的思想结合起来，克服了经典物理学解释原子稳定性的困难。成功解释了氢原子光谱的规律。

3.波尔理论对请光谱的解释

（1）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。

（2）原子发光：根据玻尔理论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迁的两能级之差。由于原子的能级是分立的，故放出光子的能量也是分立的。因此，原子的发光光谱是分立的线状谱。

根据玻尔理论，可以推导出巴耳末公式，从理论上算出里德伯常量，其值与实验值符合得很好。玻尔理论不但成功地解释了氢光谱中的巴耳末系，帕邢系，还预言了当时尚未发现的氢原子的其他谱线系。

说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道——可能情况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各

种情况出现了。但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况。

4.玻尔理论的局限性

玻尔首次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢光谱，但是用来解释稍微复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论结论与实验事实出入很大，问题出在哪儿呢？

玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，不足之处在于过多地保留了经典物理理论。

实际上，原子中的核外电子并没有确定的轨道，我们只能知道电子在原子内各处出现的概率。玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方，电子在原子核外的运动情况，通常用电子云-来描述。电子云图形象地给出了电子在原子核周围各处出现的概率。

玻尔理论虽有瑕疵，但他开创了原子核物理学，引领着量子力学的发展。通过对量子力学、狭义相对论和原子核物理的研究，人类找到了核能，建立了以计算机控制为主导的现代工业，步入了信息时代。

课堂小结

玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子理论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的．认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态．玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性。

作业：课本P63问题与练习