2020年高中物理競賽-基礎(chǔ)光學(xué)06玻爾理論(共29張PPT)

1、2020年高中物理競賽基礎(chǔ)光學(xué)06玻爾理論(共29張PPT)2020年高中物理競賽基礎(chǔ)光學(xué)06玻爾理論(共29張PPT第一節(jié)玻爾理論第一節(jié)一. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律記錄氫原子光譜原理示意圖氫放電管23 kV光闌全息干板 三棱鏡（或光柵）光 源一. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律記錄氫原子光譜原理示意圖氫放電管23 kV光1903年湯姆遜首先提出了一個(gè)原子模型，它設(shè)想原子中的正電荷以均勻的體密度分布在一個(gè)大小等于整個(gè)原子的球內(nèi)，而電子則一個(gè)個(gè)地分布在球內(nèi)的不同位置上。1911年英國物理學(xué)家盧瑟福，提出另一個(gè)原子模型，他設(shè)想在原子中央是一個(gè)很小的，很重的帶正電荷的原子核，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，好象行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣，以上兩種模型究竟那

2、一種正確，要由實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，盧瑟福、蓋革和馬斯頓做了這方面實(shí)驗(yàn)。a粒子(即氫原子核)散射等其它實(shí)驗(yàn)證實(shí)了盧瑟福原子模型是正確的。1903年湯姆遜首先提出了一個(gè)原子模型，它設(shè)想原子中的正氫光譜的里德伯常量 (3) k = 2 (n = 3, 4, 5, ) 譜線系 賴曼系 （1908年）(2)譜線的波數(shù)可表示為 k = 1 (n = 2, 3, 4, ) 譜線系 巴耳末系（1880年）(1) 分立線狀光譜氫原子的巴耳末線系照片氫光譜的里德伯常量 (3) k = 2 (n = 3, 4二、原子的核型結(jié)構(gòu)與經(jīng)典理論的矛盾1、連續(xù)光譜，根據(jù)經(jīng)典電磁理論，繞核運(yùn)動(dòng)的電子所發(fā)射的光譜應(yīng)是連續(xù)的，這與原子的線

3、狀光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符，2、原子由于輻射的緣故，電子的能量減少，它將沿螺旋線逐漸接近原子核，最后落在核上，因此按經(jīng)典理論，盧瑟福的核型結(jié)構(gòu)就不可能是穩(wěn)定系統(tǒng)。1913年玻爾在盧瑟福的核型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把量子概念應(yīng)用于原子系統(tǒng)，提出三個(gè)基本假設(shè)，使氫光譜規(guī)律獲得很好的解釋。三. 玻爾氫原子理論二、原子的核型結(jié)構(gòu)與經(jīng)典理論的矛盾1、連續(xù)光譜，根據(jù)經(jīng)典2. 躍遷假設(shè)1. 定態(tài)假設(shè)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)發(fā)射或吸收一個(gè)光子，頻率穩(wěn)定狀態(tài) 這些定態(tài)的能量不連續(xù) 不輻射電磁波 電子作圓周運(yùn)動(dòng)v2. 躍遷假設(shè)1. 定態(tài)假設(shè)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)r向心力是庫侖力 由上兩式得, 第 n 個(gè)定態(tài)的

4、軌道半徑為 r2=4r1r2=9r13. 角動(dòng)量量子化假設(shè) 軌道角動(dòng)量玻爾半徑r向心力是庫侖力 由上兩式得, 第 n 個(gè)定態(tài)的軌道半徑為 定態(tài)能量認(rèn)為：氫原子的能量電子的動(dòng)能電勢能在量子數(shù)為n的定態(tài)設(shè)電子在無窮遠(yuǎn)處的靜電勢能為零，則定態(tài)能量認(rèn)為：氫原子的能量電子的動(dòng)能電勢能在量子數(shù)為n的可見原子系統(tǒng)的能量是不連續(xù)的，即能量量子化，這種量子化的能量值稱為能級。n=1，E1=-13.6ev，n=2,3,4EnE1n,rn,En0能級趨于連續(xù)，原子趨于電離，電子脫離核束縛稱為自由電子E0氫原子的最低能級，即基態(tài)能級原子最穩(wěn)定受基態(tài)，隨n的增大，En也增大，能量間隔減小原子處于電離狀態(tài)，能量可連續(xù)變化

5、電離能：使原子或分子電離所需的能量稱為電離能。例：計(jì)算處于基態(tài)的氫原子的電離能解：使氫原子電離所需要的能量，就是把氫原子中處于基態(tài)(n=1)的電子移到無窮遠(yuǎn)處(n)所需要的能量由氫原子能級公式：可見原子系統(tǒng)的能量是不連續(xù)的，即能量量子化，這種量子化的En ( eV)氫原子能級圖萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系-13.6-1.51-3.390光頻n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6En ( eV)氫原子能級圖萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系-1例：計(jì)算處于基態(tài)的氫原子的電離能解：使氫原子電離所需要的能量，就是把氫原子中處于基態(tài)(n=1)的電子移到無窮遠(yuǎn)處(n)所需要的能量由氫原子

6、能級公式：例：計(jì)算處于基態(tài)的氫原子的電離能解：使氫原子電離所需要的能量THE ENDTHE END謝謝觀看！謝謝觀看！2020高中物理競賽基礎(chǔ)光學(xué)2020高中物理競賽基礎(chǔ)光學(xué)波數(shù)(波長的倒數(shù))當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)測得四、氫原子光譜的解釋1、里德伯公式德推導(dǎo)與氫光譜得經(jīng)驗(yàn)公式是一致的，比較可得里德伯常數(shù)得理論值為：波數(shù)(波長的倒數(shù))當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)測得四、氫原子光譜的解釋1、里德伯2. 玻爾理論成功說明了氫原子和類氫離子(核外只有一個(gè)電子的原子體系，如He+,Li2+等)的光譜結(jié)構(gòu)，表明這個(gè)理論在一定程度上能正確地反映單電子原子系統(tǒng)的客觀實(shí)際。注：在某一瞬間一個(gè)氫原子只能發(fā)射與某一譜線相應(yīng)的一定頻率的一個(gè)光子，不同

7、受激狀態(tài)的氫原子在躍遷到基態(tài)或其它較低能態(tài)時(shí)才分別發(fā)射與不同的譜線相應(yīng)的光子。2. 玻爾理論成功說明了氫原子和類氫離子(核外只有一個(gè)電子里德伯 - 里茲并合原則(1896年)盧瑟福原子的有核模型（1911年）普朗克量子假設(shè)（1900年）玻爾氫原子理論(1913年）說 明里德伯 - 里茲并合原則盧瑟福原子的有核模型普朗克量子假設(shè)玻玻爾的貢獻(xiàn)：玻爾的理論第一次使光譜實(shí)驗(yàn)得到了理論上的說明，成功地揭開了“巴耳末公式之迷” 第一次指出經(jīng)典理論不能完全適用于原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過程，首次打開了人們認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的大門定態(tài)和頻率假設(shè)在原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論中仍是重要概念為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ) 。 但他的理

8、論是半經(jīng)典的，現(xiàn)代理論仍保留了“軌道”定態(tài)、能級、能級躍遷等概念玻爾的貢獻(xiàn)：玻爾理論的缺陷1、只能計(jì)算單電子原子系統(tǒng)，如氫原子、類氫離子光譜線，對其它稍微復(fù)雜原子就無能為力，如氦、堿金屬元素。2、沒有涉及譜線強(qiáng)度、寬度及偏振性。3、不能解釋精細(xì)結(jié)構(gòu)及塞曼效應(yīng)精細(xì)結(jié)構(gòu)：每一條譜線實(shí)際上由相靠很近的若干條譜線所組成 原因: 以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，但又生硬地加上與經(jīng)典理論不相容的若干重要假設(shè)，如定態(tài)不輻射和量子化條件等，不是一個(gè)完善的理論，塞曼效應(yīng)：譜線在勻強(qiáng)磁場中會(huì)發(fā)生分裂的現(xiàn)象玻爾理論的缺陷1、只能計(jì)算單電子原子系統(tǒng)，如氫原子、類氫例題根據(jù)玻爾理論(1)、計(jì)算氫原子中電子在量子數(shù)為n的軌道上作圓周運(yùn)

9、動(dòng)的頻率；(2)、計(jì)算當(dāng)該電子躍遷到(n-1)的軌道上時(shí)所發(fā)出的光子的頻率；(3)、證明當(dāng)n很大時(shí)，上述(1)和(2)結(jié)果近似相等。解：(1)(1)、(2)、(3)聯(lián)立解出：例題根據(jù)玻爾理論(1)、計(jì)算氫原子中電子在量子數(shù)為n的軌道(2)、電子從n態(tài)躍遷到(n-1)態(tài)所發(fā)出光子的頻率為(3)、當(dāng)n很大時(shí)，上式變?yōu)椋航?；?13.6ev到-13.6ev共獲得能量13.62(ev)例題當(dāng)一個(gè)質(zhì)子俘獲一個(gè)動(dòng)能Ek=13.6ev的自由電子組成一個(gè)基態(tài)氫原子時(shí)，所發(fā)出的單色光頻率是多少? (基態(tài)氫原子的能量為-13.6ev，普朗克恒量h=6.6310-34Js)(2)、電子從n態(tài)躍遷到(n-1)態(tài)所發(fā)出

10、光子的頻率為(3)解：He+：原子核帶電+2e，核外為-e(因?yàn)槭请x子，一個(gè)電子已激發(fā)掉)所以由玻爾理論：例題按照玻爾理論，移去處于基態(tài)的He+中的電子所需能量為多少?解：He+：原子核帶電+2e，核外為-e(因?yàn)槭请x子，一五. 能級分立的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 - 夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 1) 原理 利用電子碰撞基態(tài)水銀原子 若原子能量是一份一份的(能級) 則電子損失能量也是一份一份的激發(fā)態(tài)基態(tài)2) 物理圖像若電子動(dòng)能 EKE2 - E1 則電子損失一部分能量電子將走得慢些若電子動(dòng)能 EKE2 - E1 則電子可能會(huì)連續(xù)損失幾個(gè)的E2-E1能量五. 能級分立的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 激發(fā)態(tài)2) 物理圖像3)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果3)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果4)實(shí)驗(yàn)過程 觀察電流變化 如果電流下降 說明電