本站原创第一阶段：引入.
教师：漂亮的彩虹、精彩的烟火,科学家通过探索原子的结构问题揭示了五颜六色的色彩秘密.正是因为电子在运动过程中有能量的变化,我们才看到了这些绚丽的色彩.在电子运动过程中产生的这些光线,我们称之为光谱.我们在学习中还知道很多金属元素在火焰上灼烧时,会显示出具有它们特征的焰色.为什么每一种金属会显示出各自不同的焰色呢?除了金属以外,其他元素是否也能产生类似的光谱呢?今天,我们就从最简单的元素——氢元素的光谱开始了解光谱、了解电子运动的状态.
第二阶段：认识氢原子光谱,学习从宏观现象推理微观世界的一种方法.
（多媒体展示氢原子的光谱图以及氢原子的微观示意图.）
教师：在光谱图中,我们可以看出它对应有四条谱线,这四条谱线说明氢原子核外电子在运动过程中会向外辐射能量.它的能量是从哪儿来的?是什么样的过程辐射出能量?它的能量为什么又是以一条条一定波长的光来体现的?我们看一下模拟演示过程.
电子在它固定的轨道上运动的时候,是不会向外辐射能量的.请大家注意观察：当我们给电子提供一定的能量时,电子就会跳到更高能量的电子层上,这一过程称之为跃迁.图示的跃迁过程中,电子吸收了能量,所以跃迁后能量升高了.可是,电子在高能量的状态时不稳定,还会跃迁到低能量状态.我们看到的谱线,就是电子在高能量状态跃迁回低能量状态时释放出的能量.这个能量对应一定波长的光,所以一种跃迁就对应了一条谱线.那么,同学们可能又会产生一个疑问：氢原子核外只有一个电子,它为什么能产生多条谱线呢?而且我们截取的仅仅是氢原子在可见光区的谱线就有四条.请结合图示分析原因.（提示：图示中标示了n等于1、n等于2、n等于3等,其中n代表什么?）
李磊：n代表电子层.
教师：每条谱线对应一种电子跃迁,此处标出的四种电子跃迁就对应上图中的四条谱线.通过这个分析,你是否能看出它产生四条谱线的原因?
李磊：跳跃的电子层数不一样,第一条是从第三层跃迁到第二层,第二条是从第四层跃迁到第二层,以此类推.
教师：虽然氢原子核外只有一个电子,但是被激发以后,不同的电子可以跳到不同的电子能层上,而不同电子能层的电子在往回跃迁的时候就辐射出了不同能量的光.科学家玻尔也正是依据以上实验事实和分析,最早给出了原子核外电子是分层排布的说法.（出示：描述电子能量大小的主量子数n取值不同时,表示不同的能层,即电子层.）这就是我们要说的原子结构量子化模型的最初说法.
第三阶段：应用科学思想,发挥思维能力和想象能力,深入学习.
教师：当了解了氢原子光谱以后,我们再选择一种大家熟悉的钠元素,大家发挥想象,钠元素的光谱图会是怎样的?
学生想象一分钟后,教师出示氢元素和钠元素的光谱图.
教师：观察钠元素光谱图,与你想象的一样吗?
学生：不一样（不太一样）.
教师：现在大家对比两种元素的光谱,看看有哪些异同,你有哪些疑问.
学生以小组为单位,相互讨论.
教师：无论是疑问,还是你们讨论的结果,都记录在学案上.讨论后,我们将以小组为单位汇报,要求每个组汇报的内容不同.
学生汇报：
1组：钠的谱线比氢的谱线多,相同频率对应位置有相同的谱线,钠的谱线比较集中,而氢的谱线是单一的.
2组：同一颜色的谱线粗细不同.
3组：氢的空白处钠却有谱线,钠比氢多了黄线.
等
教师：同学们发现的信息都是很有价值的：钠谱线比氢谱线多了,钠谱线中包含了氢谱线,在钠的谱线中有波长非常接近的一组谱线挨着,但氢中都是一条谱线,还有的同学说钠比氢多了黄线.接下来,请大家讨论一下,为什么两种元素的谱线会有这些差异?
学生以小组为单位讨论,时间约2分钟.
教师：这个环节我们称为“猜想”环节.点到名字的同学说说你的猜想或看法,不怕说错.
王宇航：在相同的区域中,钠的光谱与氢的光谱颜色一样.
教师：为什么会一样?
王宇航及其他学生：钠的光谱中包含了氢的光谱,是因为钠的核外电子跃迁包含了与氢相似的电子跃迁.
姚易飞：钠的核外电子多,所以它的电子跃迁有多种可能.
教师：电子多了,电子层多了吗?跃迁的电子层多了吗?
姚易飞：电子层多了,跃迁的电子层没有变化.
教师：对,刚才我们看到氢原子核外虽然只有一个电子,但它可以从第六层或者第五层发生跃迁,钠元素核外的电子也是在这些电子层间跃迁,但是电子多了,情况确实变得复杂了.
张艺丹：离核越远能量越高,应该是与能量有关系吧.
教师：是的,跃迁过程就是吸收或释放能量.不同的跃迁辐射出的光谱不同,现在电子多了,谱线复杂了,为什么会这样?
张艺丹：电子多了,能量变化就多了.
曲一帆：能量变化的状态多了,所以谱线多了.
等
教师：好的,通过本轮猜想,我们再次明确氢原子核外只有一个电子,但是它只有一个电子层吗?
学生：不是!
教师：每个原子核外无论有几个电子,它都有若干个电子层,电子层之间的差异就是能量不同.请大家思考：观察钠的光谱图中的一组红色谱线,它们的波长相近,能量略有差异,可是氢光谱中看到层与层之间跃迁的能量差异很大,于是我预测：对于氢原子,相邻能层的跃迁只形成一条谱线,但是多电子原子在相邻能层间的跃迁产生了多条谱线,那么在一层里又分出了多个小层,这些小层之间能量有差异,由于它们都处于同一电子层中,所以能量差异不大.当这些电子从这些小层跃迁到同一能层时,就形成了波长相差不多的多条谱线.我的预测合理吗?
学生：合理.
教师：通过大量的实验和计算,科学家也帮我证实了这种预测,即在一个能层中又分为若干层,并为它取名为角量子数,用l表示,当l不同时,再结合主量子数,表示为ns、np、nd等,s、p、d也称为能级,它们之间也有能量差,但是能量差比层与层之间的能量差小多了.所以,描述一个电子在原子核外的能量状态有了两个量子数,分别是主量子数和角量子数.
第四阶段：更多猜想,深化科学思维方法.
教师：有些科学家做了这样一些光谱实验：我们在同一能层中的s和p能级之间,如果电子从p能级向s能级跃迁的时候应该会产生一条谱线,但如果实验是在外加磁场的环境中进行,发现一种跃迁居然出现了三条或多条谱线,根据这种现象,我沿用同学们和科学家给我的启发,再次预测：能级还可以再分裂,但只在有外加磁场的时候能量变得不同.我查阅资料发现,科学家对此也早有说明,相同的能级在外加磁场的作用下能量会变得不同,用磁量子数,符号m,来描述这种差异.
教师：电子的运动状态确实是非常复杂的问题,目前科学家建立的原子电子云模型中描述电子状态的量子数有四个,除了我们已经认识的三个量子数以外,第四个是自旋量子数,请大家利用网络资料继续自主学习自旋量子.
借助一些实验以及科学家给我们的启发和经验,我们初步建立了原子的量子力学模型.接下来大家可以利用网页回顾今天的学习过程,也可以选择你喜欢的其他栏目加以关注,或者查阅我们的若干猜想在科学家的研究中是否能够找到依据.
第五阶段：网络学习了解更多原子结构的信息,并发表感想.
教师：请同学们说说看了什么栏目,有什么想法?
刘宇哲等：1.对科学实验感觉到神奇；2.看玻尔原子模型,感叹科学家的聪明和严谨；3.喜欢宇宙大爆炸等相关资料.
注：本课获得“全国中小学信息技术创新与实践活动”一等奖.
（作者单位：北京第十二中学）