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1、【2018市优质课比赛】玻尔的原子模型 教学设计重庆綦江南州中学校 张丽13618329775【教材分析】本节内容是人教版选修3-5第十八章原子结构中的最后一节，前三节为电子的发现、原子的核式结构模型及氢原子光谱。教材向学生清晰展示物理科学研究的途径之一 ，即实验 (事 实)- 理论假设-再实验 (提供新的事实)- 修正理论(甚至建立新的修改假设 ) - 形成科学理论。完整向学生呈现了物理学发展过程中原子模型建立的艰辛和求真求美的过程，利于引导学生对物理规律美的追求。“玻尔的原子模型”是高中原子物理部分的重要内容，一直以来都是高中物理教学的难点本节课学生要在掌握原子核式结构的基础上，初步形成量
2、子化观念，理解并掌握玻尔原子模型因此，在本节课处理中不仅要传授知识与技能，更重要的是通过问题层层设计，引导学生再现玻尔理论的发现过程，使学生亲历规律的发现，领悟科学探究的法，感受量子理论的魅力。【学情分析】本节授课对象为高二下期学生。在知识储备上，学生已经学习了普朗克能量子假说，爱因斯坦光量子假定，及巴尔末公式。学生的脑海中已经初步建立了量子化的概念。在本章前三节的学习中，学生体会了汤姆孙、卢瑟福对原子结构的研究过程，通过氢原子光谱的学习，了解经典理论与卢瑟福核式结构模型的矛盾。【设计思路】处理本节课时，突出“理论探究和实践验证玻尔理论”这一核心；以物理学史为顺序，以问题为主线，以发现为动力，
3、以模拟实验为辅助，以体验为收获。重点引导学生分析玻尔原子理论3个假设是如何体现量子化理论、合理解释原子的稳定性和光谱的分立性，从中得出建立新理论的科学方法;启发学生发现理论发展的方向，引导学生对物理规律美的追求，使学生认识到一切探索性发现都 符合“实践认识一再实践一再认识”的规律，突出科学的探究过程观：发现问题、提出假设、分析论证 、实验检验、不断修正、求真求美使学生体验科学探究的同时，学会理论探究的方法 ，体验科学发现的喜悦。 【教学策略】用魔术激发学生的学习兴趣和探究欲，用玻尔理论分析魔术现象，加强学生对知识的应用；用宏观的现象类比模拟微观规律，帮助学生理解；用简洁生动的微课帮助学生了解玻
4、尔生平；用巧妙地设问，将学生带入情景，引导学生体验科学探索的方法；用模型与动画相结合的方法，使学生理解玻尔理论的三大假设；用电脑、手机等多样化的多媒体技术，增强课堂的生动性和实验的可视性。【教学目标】了解玻尔的原子理论及产生的背景依据，体会探索性发现符合“实践一认识一再实践一再认识”的规律 ； 会用玻尔的原子理论解释氢光谱，知道玻尔理论的意义及局限性培养学生尊重事实、敢于质疑、大胆猜想 、严谨认真的科学态度和科学精神。【教学重、难点】1.理解玻尔原子模型的三大假说。2.用玻尔理论解释氢原子光谱。【课前准备】1.自制实验仪器:玻尔频率条件类比模拟实验。2.自制动画探究实验：氢原子吸收光子的条件。
5、3.自拍视频：观察氢原子光谱4.自制微课：玻尔的生平5.自制电子轨道模型6.自备多台笔记本电脑供小组探究7.多媒体器材：PPT、利用AirPlay互联的手机与电脑【教学过程】（准备状态）电脑打开PPT课件，同时通过AirPlay与手机相连。（课前礼仪）师：上课！生：起立！师：同学们好。生：老师好。师：请坐。（引入）师：上课之前，我们先来玩一个小魔术，在老师的手上，有一根非常普通的日光灯管，灯管上我并没有外接任何电源。我们请这位同学认真检查一下。没有接任何电源的灯管，你能使它发光吗？下面老师就为大家表演一个隔空点灯的魔术。这是一个辉光球，辉光球点亮后，可以随意地触摸它，接下来我就用它来点亮我手中
6、的日光灯管。现在就是见证奇迹的时刻：1、2、3，此处应该有掌声。我还可以给他施加魔法，（滑动手）同学们神不神奇。其实并不是老师才能将它点亮，你也行，哪位同学主动来试一试，来这位同学。师：让我们为新一代魔术师鼓掌。师：同学们想不想知道魔术背后的奥秘？学了今天这节课，玻尔的原子模型，我们就能用玻尔理论来解秘它。（新课）板块一、经典理论解释卢瑟福核式结构模型遭遇困难环节1.回忆？师：汤姆孙提出了怎样的原子结构模型？生：枣糕模型（非常好，并板书）师：卢瑟福又提出了怎样的原子结构模型？生：核式结构模型（很好，板书）师：核式结构模型成功解释了哪个实验？生：a散射实验师：非常好，卢瑟福提出核式结构模型否定了
7、枣糕模型，并一举将人类研究原子结构引上了正确的道路。师：那么卢瑟福是否已经成功的揭开了原子结构的真面目了呢？生：没有师：在卢瑟福提出核式结构模型后，人们试图用经典理论来解释它环节2.经典理论解释卢瑟福核式结构模型遭遇困难师：其实在很久以前，人们就可以解释行星是如何绕太阳运动的，棒球是如何呈弧线飞了天空，涟漪又是如何漫过水面的。这些物体的行为，都可以用经典力学公式来解释和预测它。在当时的人们看来，用经典理论来解释世间万物的规律，一切，都是如此的合乎情理。但是当人们试图用经典理论来解释核式结构模型时，却遭遇了困难。师：经典理论认为，原子核对电子的吸引力提供它圆周运动的向心力，它会做，生：匀速圆周运
8、动师：那么问题就来了，它做圆周运动，它周围的电磁场也会周期性的变化，经典电磁理论认为周期性变化的电磁场会辐射电磁波。（暂停动画）这样电子的能量便会减小，它的轨道也会变小。师：轨道逐渐变小，电子最终？生：掉在原子核上师：这样便会造成原子结构的坍塌，这样的原子结构稳定吗？生：不稳定师：如果真是这样的话，我们生活的地球便会变成一个半径10米左右的球体。事实是否如此。生：并非如此师：另一方面，由于核式结构模型中，电子轨道是连续的，那它的能量变化生：也是连续的师：变化的能量以电磁波的形式辐射出去，那辐射电磁波的频率生：也是连续的师：那原子的光谱便是生：连续光谱可是上节课同学们才学过，原子的光谱是生：线状
9、的师：为了再次确认原子光谱，老师又一次走进了实验室，我观察了氢气发光，当这些光线透过三棱镜后，我观察到的，是一些分立的亮线（点暂停）师：这样一来，用经典理论解释核式结构模型时，既无法解释原子结构的稳定性，又无法解释原子的线状光谱。（板书）环节3：大胆猜想解释困难的原因师：那么出现解释困难的原因是什么？同学们大胆的猜想一下，到底是核式结构模型有局限呢，还是经典理论在原子领域不适用，或者同学们还能想到其他原因。生1：我认为是 师：非常大胆的猜想，请坐生2：我认为是师：你的猜想也很大胆，请坐师：正如同学们所说，核式结构模型有局限的话，接下来的研究中就应该对其进行修正，可是，要修正它，就得知道它的局限
10、在哪里，如何进行修正。如果是经典理论在原子领域不适用的话，那又用什么理论来研究原子领域呢。这些问题亟待解决，同学们现在有好的解决办法吗？生：没有（如果有）师：那我们来看看当时的科学家们是如何解决这些问题的（非常好，你非常具备一名杰出科学家的潜质）板块二、玻尔原子模型假说环节4：了解玻尔生平，体会玻尔猜想师：在 20世纪初，许多科学家，为了了解物理世界的本质而做出了不懈的努力，其中尼尔斯玻尔，提出了令人诧异的见解，下面我们通过一段微课来了解玻尔的生平（播放微课56s）师：作为卢瑟福的学生，并参与了a散射实验，玻尔始终坚信核式结构模型有其正确性，于是他试图找到一种根本的修正方法，既能保留核式结构模
11、型，又能解释原子结构的稳定性及原子线状光谱，于是他创造性的提出了玻尔原子模型假说。下面我们一起来体会一下，当年玻尔是如何发现问题，并大胆提出猜想解决问题的。师：请同学们来分析一下，到底产生无法解释原子结构稳定性的原因是什么？生：是电子轨道变小师：电子轨道变小的原因又是什么生：电子绕核运动要辐射电磁波师：那意思是说，它就是问题的根源生：对师：非常好，分析地非常透彻，请坐师：既然同学们已经找到问题的根源是，经典理论认为电子绕核要辐射电磁波，那么如果要解决问题，你会怎么办。生：猜想电子绕核不辐射电磁波（ 或没有同学能回答 ）师：太好了，你和玻尔的想法一致，如果你生活在那个年代，你就是下一个玻尔，为咱
12、们班的玻尔鼓掌。师：如果电子绕核不辐射电磁波，他的轨道不会变化，他绕核运动是稳定的，这样的原子结构也是稳定的。可是玻尔的这一猜想，与经典理论是完全相违背的，他在冒天下之大不韪，然而，玻尔的冒险行为还在继续。师：请同学们再来分析，产生无法解释原子线状光谱的原因又是什么？生：是辐射电磁波的频率是连续的师：辐射连续电磁波的原因又是什么生：能量变化是连续的师:导致能量连续变化的根源又是什么？生：是核式结构模型中电子轨道是连续的师：非常好，分析的很到位，请坐师：找到了问题的根源，你又会如何解决问题生：猜想电子轨道是量子化的师：太好了，同学们的思想太活跃了，玻尔也是这么想的。师：可是在玻尔的年代，要提出这
13、样的猜想，还真的很不容易。因为在当时的人们看来，世间万物的运动都是连续的。而当时有几位科学家的新思想对他很有启发。普朗克提出了能量子假说，爱因斯坦提出了光量子假定，以及巴尔莫用一个简单的经验公式既解释了部分氢原子光谱。而且，公式中的n值还是一些不连续的量子数。在看到巴尔莫公式的这一刻，玻尔忽然间恍然大悟，灵光一闪，既然连续的轨道有问题，我何不假设轨道是分立的，是量子化的呢。师：同学们，如果轨道是量子化的，那电子在变化轨道时，辐射的电磁波就是生：不连续的师：那原子的光谱就是生：线状的环节5：玻尔原子模型假说师：玻尔将这些猜想进行整合并加以补充，提出了玻尔原子模型假说（板书）师：根据同学们的预习，
14、请哪位同学来说说什么是轨道量子化的假设生：原子的可能轨道是量子化的，电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。 师：非常好，请坐。师：也就是这样的（展示电子轨道模型），电子只能在这些分立的，特定的轨道上稳定地转动，这就是轨道量子化假设（板书）。 师：那位同学又来说说，什么是能级？生：能级：原子在不同状态具有不同的能量值，这些能量值是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级。师：非常准确，请坐。师：如何理解原子的不同状态呢？请看，玻尔认为，当核外电子分布的轨道不同时，原子则处于不同的状态，不同的状态对应的能量也是不同的，由于电子的轨道是量子化的，那么原子的能量也是量子化的。这些量子化的能量
15、值便叫做能级（板书） 师：这些稳定的状态叫做定态（板书）玻尔认为，在这些状态中，当电子离核最近时，原子能量最低，这个状态便是原子的基态，其余的都是激发态。师：哪位同学又来说说，什么是跃迁生：原子从一个能量态变为另一个能量态的过程，叫做跃迁。师：非常好，请坐师：如果从能量的角度，原子从低能级到高能级需要生：吸收能量师：从高能级到低能级生：释放能量师：玻尔如何解释原子发光的呢（播放动画）玻尔认为，低轨道的电子吸收能量后，便会从低轨道跃迁到高轨道，（暂停）而处于高轨道的电子，非常的活跃，又会从高轨道自发地跃迁到低轨道，并以释放光子的形式释放能量，这便解释了原子的发光原理，当跃迁方式不同时，释放的光子频率及不同，这便解释了原子的线状光谱。师：同学们思考，当原子吸收光子能量从低能级跃迁到高能级，吸收的光子能量与两能级差是什么关系生：相等师：为什么相等？，为了帮助同学们理解，我们用两个完全相同的小球的碰撞实验来类比模拟，原子吸收光子能量，发生跃迁中的能量关系环节6：模拟实验探究： 实验原理：以小球重心最低位置所在的平面为0势能面，左边小球的
