SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT HOÀNG HOA THÁM Độc lập-Tự Do-Hạnh Phúc GIÁO ÁN GIẢNG DẠY BÀI 33: MẪU NGUYÊN TỬ BO. QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ. Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đăng Vĩnh Long Giáo sinh thực tập : Phạm Hoàng Đạo Lớp giảng dạy : 12A12 Ngày thực hiện : 16/03/2015 I.MỤC TIÊU: 1.Kiến thức: - Trình bày được mẫu nguyên tử Bo. - Phát biểu được hai tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử. - Nêu được sự tạo thành quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hiđrô. 2.Kỹ năng: - Vận dụng được hai tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử để giải các bài tập có liên quan. 3. Phát triển tư duy -Rèn luyện tư duy phê phán trong quá trình xây dựng bài học. 4.Thái độ, đạo đức: - Có tinh thần hăng say khám phá khoa học, tin yêu môn vật lý. II.CHUẨN BỊ Giáo viên: - Giáo án giảng dạy. Học sinh: -Nắm được kiến thức về thuyết lượng tử ánh sáng. III.PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY -Phương pháp chính: Giảng giải. -Phương pháp phụ : Đàm thoại. IV.TIẾN TRÌN DẠY VÀ HỌC Hoạt động học tập của học sinh Hoạt động hỗ trợ của giáo viên Nội dung ghi chép KIỂM TRA BÀI CŨ (3 phút) - HS trả lời: Câu 1: Sự phát quang là sự hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác. Câu 2: Sự phát quang của các chất lỏng và khí có đặc điểm là ánh sáng phát quang bị tắt nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích. Sự phát quang này gọi là sự huỳnh quang. Sự phát quang của nhiều chất rắn lại có đặc điểm là ánh sáng phát quang có thể kéo dài một khoảng thời gian nào đó sau khi tắt ánh sáng kích thích. Sự phát quang này gọi là sự lân quang. Câu 1: Thế nào là sự phát quang? Câu 2: Phân biệt sự huỳnh quang và sự lân quang? 1 ĐẶT VẤN ĐỀ (2 phút) Trong chương “lượng tử ánh sáng” , ta đã học về các hiện tượng quang điện, các định luật quang điện, hiện tượng quang – phát quang,…. Trong bài học hôm nay chúng ta sẽ khảo sát một bài học tương đối quan trọng trong chương “lượng tử ánh sáng”. Sẽ tiếp tục vận dụng tính chất lượng tử của ánh sáng để tìm hiểu mẫu nguyên tử Bo, cũng như vận dụng mẫu nguyên tử Bo để giải thích quang phổ của nguyên tử hidro. I. MẪU NGUYÊN TỬ BO (7 phút) - HS tiếp thu. - HS tiếp thu. - GV giới thiệu cho HS sơ lược về lịch sử hình thành các mẫu nguyên tử. Từ các mẫu nguyên tử của Thompson, Nagoaka đến mẫu của Rutherford và của Bohr và sau này là của Sommorfold. - Năm 1911, Rutherford đã đề xuất ra mẫu hành tinh nguyên tử: Nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang tích điện dương nằm ở chính giữa, xung quanh có các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn hay elíp giống như hệ Mặt Trời nên gọi là mẫu hành tinh nguyên tử. - Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford gặp phải khó khăn là không giải thích được tính bền vững của các nguyên tử và sự tao thành quang phổ vạch của các nguyên tử. - Bohr đã vận dụng thuyết lượng tử ánh sáng vào mẫu hành tinh nguyên tử, và được gọi là mẫu nguyên tử Bo. Mẫu nguyên tử Bo đã giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử. - Mẫu nguyên tử của Bo bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Bo - Mẫu hành tinh nguyên tử: Nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang tích điện dương nằm ở chính giữa, xung quanh có các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn hay elíp giống như hệ Mặt Trời nên gọi là mẫu hành tinh nguyên tử. - Mẫu nguyên tử của Bo bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Bo II. CÁC TIÊN ĐỀ CỦA BO VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (18 phút) - HS sinh tiếp thu và ghi nhận. - HS tiếp thu. - GV thông báo cho học sinh tiên đề thứ nhất của Bo.Tiên đề về trạng thái dừng. - Bán kính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hyđrô: r n = n 2 r 0 1. Tiên đề về trạng thái dừng - Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ. - Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo 2 - HS tiếp thu. - HS tiếp thu. - HS tiếp thu và ghi nhận. - HS tiếp thu. n 1 2 3 4 5 6 Tên quỹ đạo K L M N O P Bán kính r r 0 4r 0 9r 0 16r 0 25r 0 36r 0 - GV phân tích: Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ cỡ 10 -8 s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản. - GV thông báo cho học sinh về tiên đề thứ hai của Bo. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử. - GV vận dụng tiên đề này vào nguyên tử hidro. Giả sử một nguyên tử hidro đang ở quỹ đạo K có năng lượng là E 1 thì nó sẽ hấp thụ một photon có năng lượng đúng bằng E 3 – E 1 để chuyển lên quỹ đạo M có năng lượng là E 3 . Ngược lại, nếu nguyên tử hidro đang ở quỹ đạo M có mức năng lượng là E 3 khi nó chuyển sang quỹ đạo K có mức năng lượng là E 1 thì nó sẽ phát ra một photon có năng lượng đúng bằng E 3 – E 1 . có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng. - Bán kính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hyđrô: r n = n 2 r 0 2. Tiên đề về bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử. - Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E n sang trạng thái dừng có năng lượng E m nhỏ hơn thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng ε = hf nm = E n – E m . - Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E m mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n – E m thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao E n . 3 - HS trả lời: Nguyên tử hidro sẽ không hấp thụ, vì nguyên tử hidro chỉ chuyển động trên các quỹ đạo có năng lượng xác định, mà các mức năng lượng ở đây được lượng tử hóa từng mức chứ không phải biến thiên liên tục. - GV đặt câu hỏi: Giả sử một nguyên tử hidro đang ở quỹ đạo K, có một photon có năng lượng lớn hơn E 3 – E 1 thì nguyên tử hidro có hấp thụ để chuyển lên quỹ đạo M hay không? - GV giảng giải: Sự chuyển từ trạng thái dừng E m sang trạng thái dừng E n ứng với sự nhảy của electron từ quỹ đạo có bán kính r m sang quỹ đạo có bán kính r n và ngược lại. III. QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HYDRO (10 phút) - HS tiếp thu và ghi nhận. - HS tiếp thu và ghi nhận. - GV lập luận: Khi khảo sát thực nghiệm về quang phổ hidro thì người ta thấy rằng cả quang phổ của nguyên tử hidro là quang phổ vạch và các vạch của các nguyên tử hydro sắp xếp thành các dãy khác nhau. Gồm: + Dãy Laiman: Trong miền tử ngoại. + Dãy Balmer: Các vạch trong miền tử ngoại và 4 vạch nằm trong miền ánh sáng nhìn thấy: Vạch đỏ H α , vạch lam H β , vạch chàm H γ , vạch tím H δ . + Dãy Pasen: Trong miền hồng ngoại. Dãy Laiman được tạo thành khi các electron chuyển từ quỹ đạo dừng bên ngoài về quỹ đạo K Dãy Banme được tạo thành khi các electron chuyển từ quỹ đạo dừng bên ngoài về quỹ đạo L Dãy Pasen được tạo thành khi các electron chuyển từ quỹ đạo dừng bên ngoài về quỹ đạo M 1. Quang phổ của nguyên tử hidro - Quang phổ của nguyên tử hidro là quang phổ vạch, và được sắp xếp thành từng dãy: + Dãy Laiman: Trong miền tử ngoại. + Dãy Balmer: Các vạch trong miền tử ngoại và 4 vạch nằm trong miền ánh sáng nhìn thấy: Vạch đỏ H α (λ α = 0,6563 μm) , vạch lam H β (λ β = 0,4861 μm , vạch chàm H γ (λ γ = 0,4340 μm), vạch tím H δ (λ δ = 0,4120 μm ). + Dãy Pasen: Trong miền hồng ngoại. 4 - HS tiếp thu và ghi nhận. - GV lập luận: Khi nhận năng lượng kích thích, các nguyên tử hidro chuyển từ trạng thái cơ bản E 1 lên các trạng thái kích thích khác nhau, tức là electron chuyển từ quỹ đạo dừng K ra các quỹ đạo dừng phía ngoài. Khi chuyển về trạng thái cơ bản, các nguyên tử hidro sẽ phát ra các photon có tần số khác nhau. Mỗi photon có tần số f ứng với một bước sóng đơn sắc λ, tức là ứng với một vạch quang phổ có một màu nhất định. Vì vậy quang phổ của nguyên tử hidro là quang phổ vạch. 2. Sử dụng mẫu nguyên tử Bo giải thích cấu trúc quang phổ vạch của nguyên tử hidro. Khi nhận năng lượng kích thích, các nguyên tử hidro chuyển từ trạng thái cơ bản E 1 lên các trạng thái kích thích khác nhau, tức là electron chuyển từ quỹ đạo dừng K ra các quỹ đạo dừng phía ngoài. Khi chuyển về trạng thái cơ bản, các nguyên tử hidro sẽ phát ra các photon có tần số khác nhau. Vì vậy quang phổ của nguyên tử hidro là quang phổ vạch. IV. BÀI TẬP VẬN DỤNG (5 phút) - HS giải bài tập dưới sự hỗ trợ của giáo viên. Câu 1: Bán kính quỹ đạo N: 16r 0 Bán kính quỹ đạo L: 4r 0 Bán kính quỹ đạo giảm bớt 12r 0 Câu 2: E K = -13,6 eV, E M = -1,5 eV M K hc E E λ − =  M K hc E E λ = − Câu 1: Theo mẫu nguyên tử Bo, bán kính quỹ đạo K của electron trong nguyên tử hidro là r 0 . Khi electron chuyển từ quỹ đạo N về quỹ đạo L thì bán kính quỹ đạo giảm bớt một lượng bằng bao nhiêu? Câu 2: Năng lượng của nguyên tử hidro ở hai trạng thái K và M lần lượt là E K = -13,6 eV, E M = -1,5 eV. Tính bước sóng của vạch quang phổ phát ra khi nó chuyển từ quỹ đạo M về K? Câu 3: Trong nguyên tử hidro, bán kính Bo là r 0 = 5,3.10 -11 m. Ở một trạng thái kích thích của nguyên tử hidro, electron chuyển động trên quỹ đạo dừng có bán kính là r = 2,12.10 -10 m. Quỹ đạo đó có tên là gì ? Câu 4: Khi nguyên tử hidro chuyển từ 5 => 34 8 19 6,625.10 .3.10 (13,6 1.51).1,6.10 λ − − = −  0,1027 m λ µ = Câu 3: r n = n 2 r 0  n = 2  Quỹ đạo L Câu 4: E 2 = -1,514 eV ; E 1 = -3,407 eV Ta có: 2 1 E E hf − =  2 1 E E f h − = => 19 34 (3,407 1,514).1,6.10 6,625.10 f − − − =  14 4,572.10 Hzf = trạng thái có năng lượng -1,514 eV sang trạng thái có năng lượng -3,407 eV thì nguyên tử phát ra bức xạ có tần số là bao nhiêu ? V.DẶN DÒ CÔNG VIỆC VỀ NHÀ - Làm bài tập trong đề cương - Xem trước bài “Sơ lược về Laze” VI.RÚT KINH NGHIỆM Giáo viên hướng dẫn Giáo sinh thực tập 6 . “lượng tử ánh sáng”. Sẽ tiếp tục vận dụng tính chất lượng tử của ánh sáng để tìm hiểu mẫu nguyên tử Bo, cũng như vận dụng mẫu nguyên tử Bo để giải thích quang phổ của nguyên tử hidro. I. MẪU NGUYÊN. nguyên tử. - Bohr đã vận dụng thuyết lượng tử ánh sáng vào mẫu hành tinh nguyên tử, và được gọi là mẫu nguyên tử Bo. Mẫu nguyên tử Bo đã giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử. -. quang phổ của nguyên tử hidro là quang phổ vạch. 2. Sử dụng mẫu nguyên tử Bo giải thích cấu trúc quang phổ vạch của nguyên tử hidro. Khi nhận năng lượng kích thích, các nguyên tử hidro chuyển