原子結構和波粒二象性 第四單元第六課時

4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型課題4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型（第1課時）教材分析本節(jié)課選自人民教育出版社2019年出版的高中物理選擇性必修第三冊中第四章《原子結構和波粒二象性》第四節(jié)的內容。本節(jié)內容主要分為兩大部分：第一部分是光譜、氫原子光譜的實驗規(guī)律和經典理論的困難；第二部分是玻爾原子理論的基本假設、玻爾理論對氫光譜的解釋和玻爾理論的局限性。第二部分是本節(jié)的重點和難點。本節(jié)內容再現(xiàn)了原子結構理論在發(fā)展過程中不斷接受檢驗與修正的過程，在教學中應讓學生體會到，從核式結構模型→經典理論遇到的困難→玻爾原子結構假說→成功解釋氫原子光譜的科學探究過程，領會科學方法和科學精神。學情分析學生經過之前的學習已經掌握了普朗克黑體輻射理論、光電效應、原子的核式結構模型、圓周運動、牛頓運動定律以及天體運動等相關的理論知識，，為本節(jié)課的學習提供了理論支撐。本節(jié)課涉及的新概念比較多，而能級、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)和躍遷等概念又比較抽象，利用類比、課堂討論等方法，以幫助學生理解消化。除此之外，學生具有一定的邏輯推理能力，所以為了讓學生更好地理解玻爾理論是經典理論和量子化條件的混合物，因此在學生能力范圍內讓學生體會理論推導過程，讓學生體會科學假設、科學推理、模型建構、質疑創(chuàng)新等科學思維過程。教學目標與核心素養(yǎng)物理觀念（1）了解光譜、連續(xù)譜和線狀譜等概念，正確理解物理概念；（2）知道氫原子光譜的規(guī)律，正確理解物理規(guī)律；科學思維知道經典理論的困難在于無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特性，培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新的科學思維；科學探究（1）通過實驗培養(yǎng)學生的觀察能力，分析能力科學態(tài)度與責任（1）通過實驗體驗科學家嚴謹求是科研精神與態(tài)度重點難點教學重點：氫原子光譜的實驗規(guī)律，教學難點：經典理論遇到的困難。教學方法一）教法主要采用問題式教學法，分為設置問題、學生探究和分析交流三部分。設置問題情境，引導學生自主討論、交流與展示；知識以問題的形式呈現(xiàn)，學生在解決問題的過程中掌握新知識，提高解決問題的能力；對于較為抽象或者較難理解的知識點，通過實驗演示，采用圖片展示、視頻演示的方式，化抽象為形象。（二）學法采用自主學習和合作學習兩種方法，對于陳述性知識例如光譜、線狀譜和連續(xù)譜等用自主學習方法，學生自己閱讀相關材料，培養(yǎng)學生獲取和整理知識的能力；對于程序性知識例如氫原子各定態(tài)能量的表達式、玻爾理論與巴耳末公式的聯(lián)系等相關知識采用合作學習方法，學生合作探究，分享不同的解決方法，在合作交流中提升自己的科學推理能力。而像能級、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)和躍遷等概念，采用教師講授和學生自主學習相結合的方法讓學生有效掌握課堂內容。不管是教法還是學法，都是為了把課堂還給學生，真正起到學生為主體，讓學生在自主學習和合作探究中形成科學思維，提高科學推理能力。教具學具分光計﹑鈉原子燈﹑汞原子燈﹑氫放電管﹑平板電腦﹑教學過程引入課題教師活動學生活動第一課時人生的第一眼認識的就是光，生活中目睹了形形色色的光，你了解光嗎？比如光從哪里來？想過沒有，光源為什么能發(fā)光呢？實驗：銅和鈉的焰色反應鈉發(fā)光銅發(fā)光提出問題：為什么不同物質發(fā)光產生不同的顏色？這其實是一個原子發(fā)光問題，人們研究原子發(fā)光問題是從研究光譜開始的，這節(jié)課我們來學習氫光譜。觀察：銅和鈉的發(fā)光顏色思考：為什么不同物質發(fā)光產生不同的顏色？新課講授教師活動學生活動提出問題：問題：大家通過查找資料知道，哪位科學家最早提出光譜的概念？智慧課堂問題搶答早在17世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的彩色光帶叫做光譜。1.光譜的定義教師：在實驗室中用棱鏡或光柵可以把物質發(fā)出的光按頻率（頻率）展開，獲得頻率（頻率）和強度分布的記錄，即光譜。分光計——觀察光譜的儀器分光計的結構分光計主要有三部分①平行光管：前端有寬度可調的狹縫；②載物臺：上面可以放置光柵或者棱鏡；③望遠鏡：通過目鏡觀察光譜；（2）分光計的原理配合實物講解物質發(fā)光后照射到平行光管的前端狹縫，出射的細平行光經過棱鏡的折射后，會在光屏上按照波長（或頻率）展開，得到光譜。（光屏上不同位置的光，波長不同）提出問題：物質發(fā)光產生的光譜有哪幾種？光譜的分類引導：大家想不想知道生活中常見的手電筒發(fā)光產生什么樣的光譜？可以用實驗來看看。演示實驗：分光計獲得小手電的光譜器材：小手電分光計平板操作：小手電發(fā)光，通過分光計，通過平板電腦智慧課堂實物展臺功能，將白熾燈發(fā)光的光譜展現(xiàn)在屏幕上問題：（1）這種光譜包含幾種顏色的光？光譜上的亮光區(qū)域是如何分布的，有沒有間斷？物理學中把這種連在一起的彩色光帶叫做連續(xù)光譜.連續(xù)光譜：連在一起的彩色光帶過渡：光譜是將物質發(fā)光按頻率展開獲得的圖樣，在光譜中的不同位置，對應不同的發(fā)光頻率。連續(xù)光譜上各個位置都有亮光沒有間斷，由此可見：發(fā)光頻率有沒有缺失？特點：連續(xù)光譜包含有一切頻率的色光過渡：物質發(fā)光形成的光譜還有什么樣的類型？例如原子發(fā)光會形成什么樣的光譜，我們再次用實驗來看看實驗：分光計獲得原子光譜器材：分光計汞原子燈鈉原子燈平板電腦實驗操作：兩種原子燈通電受激發(fā)光，分光計獲得光譜，用實物展臺投影到大屏幕上（2）線狀光譜：由分立亮線組成的光譜（1）這種光譜包含幾種顏色的光？光譜上的亮光區(qū)域是不是連續(xù)分布的光帶？總結：物理學中將這種由分立亮線組成的光譜叫做線狀光譜，每一條亮線稱為譜線過渡：一條亮線對應一定的發(fā)光頻率，線狀光譜只有幾條分立的亮線特點：線狀光譜只包含幾種特定頻率的光經過試驗表明，金屬蒸氣和稀薄氣體發(fā)光會產生線狀光譜。由于是游離態(tài)原子發(fā)光產生，又稱為原子光譜。下面這是一些原子的原子光譜引導學生理解“特征譜線”【結論】①各種原子發(fā)光都產生線狀光譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光。②不同原子的原子光譜的譜線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的。教學活動：由此可見，原子光譜可以體現(xiàn)原子的本質特征，是原子的特征光譜，相應的譜線則為原子的特征譜線。過渡：每當有案件發(fā)生，警察趕到現(xiàn)場通常會保護現(xiàn)場，并且第一時間提取指紋，視頻：提取指紋有時甚至直接根據(jù)指紋確定嫌疑人。提出問題：這樣做有沒有可能把兩個人的指紋相互混淆而出現(xiàn)判斷失誤？過渡：世界上不能找到指紋相同的兩個人，通過指紋可以確定人的身份。每一種原子都有自己的特征譜線，原子的特征譜線相當于原子的身份證我們做一個假設：如果老師手上拿著的是礦區(qū)帶回的土壤樣品，我們能不能用今天所學的知識去確定樣品的組成成分？3光譜分析（1）定義：利用特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分。（2）首創(chuàng)：基爾霍夫（德）（3）優(yōu)點：靈敏10-13kg過渡：同學們可能產生新的疑問：為什么不同原子的發(fā)光頻率并不相同？經研究表明原子發(fā)光與電子的運動有關，研究光譜是探索原子結構的重要途徑，氫原子最簡單，通過實驗可以獲得氫原子的光譜。二．氫原子光譜的實驗規(guī)律演示實驗：分光計獲得氫原子的光譜器材：氫放電管分光計平板操作：氫放電管發(fā)光，通過分光計，通過平板電腦智慧課堂實物展臺功能，氫放電管發(fā)光的光譜展現(xiàn)在屏幕上如果條件允許應該得到下面的光譜播放視頻：氫原子光譜問題：這是實驗得到的氫原子光譜，大家看氫原子光譜，屬于什么類型的光譜？觀察：對比其他原子光譜，氫原子光譜相鄰譜線間距有什么特點？問題：會不會遵守某種規(guī)律呢？1885年瑞士數(shù)學教師巴爾末在研究了氫原子在可見光范圍內的四條譜線后，發(fā)現(xiàn)波長可以用以下公式表示，我們稱之為巴爾末公式：n=3，4，5，6里德伯常量：=1.10×10-7m-1n的取值有什么有什么特殊的意義呢？教學活動：原子內部有什么樣的結構會使原子發(fā)光產生線狀光譜？過渡：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后，人們認識到原子可以在再分，最初湯姆孫提出了自己的見解，我們稱之為——棗糕模型；后來盧瑟福提出了核式結構模型，他能成功的解釋α粒子散射實驗，同時也否定了棗糕模型。核式結構模型是否又能真實反映原子的內部結構？，當時人們試圖用經典電磁理論去解釋它，但是卻遇到了困難。三．經典電磁理論的困難提問：根據(jù)自己的預習回答，經典的電磁理論無法解釋什么現(xiàn)象？教學活動：按照經典電磁理論，當電子繞原子核運動時，會向外輻射電磁波，原子能量將會逐漸減小，電子軌道半徑也將逐漸變小，最終電子將會墜落在原子核上，原子是不穩(wěn)定的。如果這種情況出現(xiàn)，我們將會發(fā)現(xiàn)我們生活的地球將在極短時間內變成一個直徑約為一千米的球。教學活動：另一方面，經典理論認為，原子發(fā)光發(fā)光頻率等于電子繞核頻率，電子軌道半徑逐漸變小時其轉動頻率將會逐漸變化，原子發(fā)光應該會產生連續(xù)光譜。教學活動：經典電磁理論既無法解釋原子的穩(wěn)定性問題，也無法解釋原子的線狀光譜，由此可見，在人們心中曾經無比神圣的經典理論在微觀領域并不適用，如何才能正確認識原子，時代呼喚著新的理論出現(xiàn)。作業(yè)：1﹑什么是線狀譜，什么是連續(xù)譜？原子的發(fā)射光譜是怎樣的光譜？不同原子的發(fā)射光譜是否有可能相同？2﹑（課本課后習題）查詢資料，了解尼爾斯·玻爾。3﹑（課本課后習題）預習玻爾的原子模型，并與同學交流自己的感受。觀察分光計的主要構成部分了解分光計的工作原理學生積極響應觀察小手電發(fā)光產生的光譜分析總結得：小手電的光譜是一條彩色的連續(xù)光帶分析總結得：沒有明確：連續(xù)光譜包含有一切頻率的色光觀察線狀光譜總結：原子發(fā)光產生的光譜是幾條彩色的亮線。分析線狀光譜的特點，分析并總結學生分析幾種原子的光譜圖回答問題理解“特征譜線”據(jù)常識知：每個