2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：氫原子光譜和玻爾理論

1、氫原子光譜和玻爾理論 1900年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，引入了能量子概念，為量子力學(xué)的建立奠下了基石。1905年愛因斯坦針對光電效應(yīng)實驗與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子假設(shè)，為量子理論的發(fā)展打開了局面。1913年玻爾為了克服經(jīng)典理論解釋氫原子光譜實驗規(guī)律的困難提出了原子的量子理論。-玻爾理論。除了黑體輻射、光電效應(yīng)及康普頓散射外，經(jīng)典物理還在原子的結(jié)構(gòu)和原子光譜的譜線規(guī)律上，遇到重大困難。1897年，人們發(fā)現(xiàn)了電子，并從實驗中知道，電子是所有原子的基本組成部分。在這之后，物理學(xué)的中心問題就是探索原子內(nèi)部的奧秘。原子發(fā)光是重要的原子現(xiàn)象之一，對原子光譜的研究是了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2、的重要手段之一。01 原子結(jié)構(gòu)經(jīng)典理論 湯姆孫(J.J.Thomson)1898年提出1 湯姆孫原子模型(西瓜模型)原子為半徑約10-10m的球體帶正電的物質(zhì)均勻地分布于球體內(nèi)電子鑲嵌在球內(nèi)一個個同心環(huán)上定性解釋了元素的周期性和光輻射不能解釋大量不同頻率的氫原子光譜電子在平衡位置上作簡諧振動，并產(chǎn)生發(fā)射電磁輻射 復(fù)習(xí)實驗結(jié)果絕大多數(shù)的粒子沿著原來方向前進(jìn)少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90度個別幾乎達(dá)到180度湯姆生通過陰極射線管，發(fā)現(xiàn)了電子并測出其荷質(zhì)比。2 盧瑟福原子模型1911年盧瑟福 原子行星模型有核原子模型 原子質(zhì)量幾乎全部集中 在很小的核心區(qū)域_原子核電子在核外繞核作軌道運(yùn)動原子

3、核帶正電，電子帶負(fù)電 電子加速運(yùn)動向外發(fā)射電磁波能量減小使電子落在原子核上 ! !發(fā)射電磁波導(dǎo)致電子的能量減小原子很穩(wěn)定??！02 原子結(jié)構(gòu)的探索 盧瑟福原子有核模型： 原子的中心是原子核，幾乎占有原子的全部質(zhì)量，集中了原子中全部的正電荷。 電子繞原子核旋轉(zhuǎn)。 原子核的體積比原子的體積小得多。原子半徑10-10m，原子核半徑10-14 10-15m 關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)，人們提出各種不同的模型，經(jīng)公認(rèn)的是1911年盧瑟福在 粒子散射實驗基礎(chǔ)上提出的核式結(jié)構(gòu)，即原子是由帶正電的原子核和核外作軌道運(yùn)動的電子組成。 原子核式結(jié)構(gòu)模型的建立，只肯定了原子核的存在，但還不知道原子核外電子的情況。早在17世紀(jì)，牛

4、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19世紀(jì)80年代，光譜學(xué)的發(fā)展，使人們意識到光譜規(guī)律實質(zhì)是顯示了原子內(nèi)在的機(jī)理。 光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。 光譜可分為三類：線狀光譜，帶狀光譜，連續(xù)光譜。連續(xù)光譜是固體加熱時發(fā)出的，帶狀光譜是分子所發(fā)出的，而線狀光譜是原子所發(fā)出的。 每一種元素都有它自己特有的光譜線，原子譜線“攜帶”著大量有關(guān)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)或原子能態(tài)變化特色的“信息”。 通過研究光譜，就可以研究原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并通過原子光譜的實驗數(shù)據(jù)來檢驗原子理論的正確性。光譜分析的應(yīng)用記錄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 源氣體放電管：玻璃管中的稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場的作用下會電離，成為自由移動的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時會發(fā)光。這樣的裝