版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
教學(xué)為本,質(zhì)量立校。博學(xué)而篤志,切問(wèn)而近思。玻爾氫原子理論1.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實(shí)驗(yàn)黑體輻射紫外災(zāi)難19世紀(jì)末在西歐的一次新年聚餐會(huì)上開(kāi)爾文致辭時(shí)說(shuō),整個(gè)物理學(xué)大廈已經(jīng)建立起來(lái)了,后人只不過(guò)對(duì)這座大廈做些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作而已。在物理學(xué)家慶幸物理學(xué)大廈竣工的同時(shí),開(kāi)爾文曾憂心忡忡地講,在晴朗的物理學(xué)天空中還漂浮著兩朵令人不安的小小烏云。然而就是這兩朵烏云釀成了物理學(xué)的暴風(fēng)驟雨,導(dǎo)致了近代物理的誕生!一、背景知識(shí)(1)普朗克黑體輻射理論—解決了黑體輻射的紫外災(zāi)難問(wèn)題
黑體是由帶電的線性諧振子所組成,這些諧振子的能量是不能連續(xù)變化的,只能取一些分立值,這些分立值是最小能量0的整數(shù)倍,即0,20、3
0……稱(chēng)為諧振子的能級(jí)。頻率為的諧振子的最小能量0=hν稱(chēng)為能量子。黑體在輻射和吸收能量時(shí)是以能量子的形式進(jìn)行的。
1900年12月14日,在柏林德國(guó)物理學(xué)的一次會(huì)議上報(bào)告了他的成果,這一天被定為量子論的生日。1918年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1900年定為量子誕生之年。(2)愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)—解釋和說(shuō)明光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形式存在的,它們以能量子的形式在空間傳播,在真空中以光速運(yùn)行。在光與物質(zhì)相互作用時(shí),它們一束一束地被發(fā)射和吸收。頻率為的單色光其一束的能量為,這一束稱(chēng)為光量子,簡(jiǎn)稱(chēng)光子。學(xué)習(xí)指導(dǎo):1.簡(jiǎn)述黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和普朗克量子化假設(shè)的內(nèi)容,并導(dǎo)出普朗克黑體輻射公式.2.試用愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.1905年時(shí)的愛(ài)因斯坦,當(dāng)時(shí)是他的多產(chǎn)時(shí)期。1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學(xué)生盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn)否定了湯姆遜模型,建立了盧瑟福原子模型。盧瑟福(1871——1937)新西蘭人,歷任加拿大麥吉爾大學(xué)、英國(guó)曼徹斯特維多利亞大學(xué)教授、劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1902年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。按照盧瑟福原子模型電子繞核運(yùn)動(dòng),有加速度,將向外釋放電磁能量,半徑減少,最后沿一條螺旋線墜落到原子核上,原子將坍塌,成為不穩(wěn)定的體系,原子光譜是連續(xù)譜。事實(shí)上原子是穩(wěn)定的,原子光譜是線狀譜。這與實(shí)驗(yàn)不符.經(jīng)典物理遇到了困難??!經(jīng)典物理無(wú)法作出解釋·?。???經(jīng)典物理無(wú)法解釋原子穩(wěn)定性問(wèn)題?。?.氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律線狀光譜五個(gè)線系:賴曼系、巴爾末系、帕邢系、布喇開(kāi)系和普芳德系等譜線的波數(shù)歸結(jié)為廣義巴爾末公式氫原子光譜項(xiàng)并合原則學(xué)習(xí)指導(dǎo)原子光譜是線狀譜?廣義巴爾末公式中的正整數(shù)代表了原子內(nèi)部哪些信息?
Hα6563H
HH4861
43414102巴爾末線系的前4條譜線波長(zhǎng)埃氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律以氫原子為例,經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)認(rèn)為,原子的發(fā)光頻率等于電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)頻率或基頻的整數(shù)倍.事實(shí)上氫原子光譜是線狀譜,分五個(gè)線系.經(jīng)典物理無(wú)法作出解釋?zhuān)?!為什么?經(jīng)典物理無(wú)法解釋原子發(fā)光問(wèn)題??!玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)
哥本哈根大學(xué)哲學(xué)博士,曾赴英深造,回國(guó)后任哥本哈根大學(xué)教授及理論物理研究所所長(zhǎng),丹麥原子能委員會(huì)主席,丹麥皇家科學(xué)院院長(zhǎng).1913年提出氫原子結(jié)構(gòu)和氫光譜理論,稍后又提出“對(duì)應(yīng)原理”,對(duì)量子論和量子力學(xué)的建立起到了重要作用.1927年提出“互補(bǔ)原理”.在原子核反應(yīng)理論及解釋重核裂變有突出貢獻(xiàn).曾提出核的液滴模型和復(fù)合核的概念.1922年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).以他為首的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)作出了與愛(ài)因斯坦和薛定諤等人不同觀點(diǎn)的基本解釋.著有《光譜和原子構(gòu)造理論》和《原子論和自然界的描述》等著作.巴斯德說(shuō):
在觀察的領(lǐng)域中機(jī)遇只偏愛(ài)那種有準(zhǔn)備的頭腦。愛(ài)因斯坦說(shuō):想象力比知識(shí)更重要,因?yàn)橹R(shí)是有限的,而想象力概括著世界上的一切,推動(dòng)著進(jìn)步,并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。嚴(yán)格地說(shuō),想象力是科學(xué)研究中的實(shí)在因素。一、玻爾基本假設(shè)量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說(shuō),但當(dāng)時(shí)很少有人注意他的文章,更不用說(shuō)理解它了,就連普朗克本人也不喜歡自己的“量子”。他與很多人一起想把量子納入經(jīng)典軌道??墒牵瑦?ài)因斯坦卻認(rèn)真對(duì)待這一革命性的觀念。他在提出狹義相對(duì)論的同年(1905年)明確提出了光量子的概念。無(wú)獨(dú)有偶,愛(ài)因斯坦的論文同樣不受名人的重視;甚至到了1913年德國(guó)最著名的四位物理學(xué)家(包括普朗克在內(nèi))在一封信中還把愛(ài)因斯坦的光量子概念說(shuō)成是“迷失了方向”??墒?,當(dāng)時(shí)年僅28歲的丹麥物理學(xué)家N.玻爾卻創(chuàng)造性地把量子的概念用到了人們持懷疑的盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型,連續(xù)發(fā)表了三篇關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和光譜的文章,解釋近30年的光譜之迷。江澤民說(shuō):創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂,是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。1.實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型普朗克黑體輻射理論和愛(ài)因斯坦的光量子假說(shuō).自學(xué)指導(dǎo):1.簡(jiǎn)述氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型提出的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是什么?3.簡(jiǎn)述普朗克量子化假設(shè)和愛(ài)因斯坦的光量子假說(shuō)2.玻爾基本假設(shè)定態(tài)假設(shè)原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡(jiǎn)稱(chēng)定態(tài)。這些定態(tài)各與一定的能量E1,E2相對(duì)應(yīng),在這些定態(tài)下,電子雖作加速運(yùn)動(dòng),但不向外輻射能量。頻率條件原子從一個(gè)能量Ei的定態(tài)躍遷到能量Ej的定態(tài)時(shí),會(huì)發(fā)出(或吸收)一個(gè)光子,這個(gè)光子的頻率滿足下列關(guān)系:恩格斯說(shuō):只要自然科學(xué)在思維著,它的發(fā)展形式就是假說(shuō)。
圓軌道量子化條件處于定態(tài)時(shí),電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量,必須滿足:學(xué)習(xí)指導(dǎo)定態(tài)假設(shè)回答了原子的哪些問(wèn)題?(原子穩(wěn)定性)頻率條件回答了原子的哪些問(wèn)題?(原子發(fā)光)二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動(dòng),電子繞核作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)電子與核之間的作用遵守庫(kù)侖定律,電子的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律2.軌道半徑的量子化愛(ài)因斯坦說(shuō):數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用往往是一門(mén)科學(xué)從描述性科學(xué)發(fā)展成為“精確科學(xué)”的杠桿和橋梁。二式聯(lián)立,求得軌道半徑和速度分別為軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=6核氫原子中電子軌道圖?氫原子中電子處n=1,2時(shí)的軌道半徑和速度各是多少?(2001年山師大考研題)3.氫原子能級(jí)設(shè)電子處原子之外時(shí),體系的電勢(shì)能為零.原子核靜止,其動(dòng)能為零原子的能量即為電子的動(dòng)能和勢(shì)能之和,即根據(jù)氫原子的能級(jí)公式141312111098765
432
1
032
電離連續(xù)區(qū)氫原子能級(jí)圖
能量(ev)14學(xué)習(xí)指導(dǎo)什么是基態(tài)、激發(fā)態(tài)和電離態(tài)?隨著n的增加相鄰能級(jí)間隔發(fā)生怎樣變化?氫原子能級(jí)圖三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之一:解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導(dǎo)
原子在兩個(gè)定態(tài)之間躍遷時(shí)發(fā)出光子的:里德伯常數(shù)的理論值EnEmhν2.氫原子光譜成因—能級(jí)之間躍遷n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系(紫外線)布喇開(kāi)系普芳德系巴耳末系HHHH帕邢系(紅外線)電子軌道躍遷圖根據(jù)玻爾理論可知,氫原子光譜是電子在不同軌道之間躍遷產(chǎn)生的.能級(jí)和軌道存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系3.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲,進(jìn)入量子數(shù)為n的軌道,發(fā)出光子的能量為
(1)自由電子的動(dòng)能可連續(xù)變化(2)實(shí)驗(yàn)中有大量氫原子參與結(jié)論:電子的非量子化軌道躍遷產(chǎn)生連續(xù)譜學(xué)習(xí)指導(dǎo):1.為什么在實(shí)驗(yàn)中能觀察到包括連續(xù)譜在內(nèi)的全部譜線?2.當(dāng)氫原子從第二激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí),能發(fā)出多少條譜線?它們各屬于哪些線系?畫(huà)出能級(jí)躍遷圖?結(jié)論:玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說(shuō)明玻爾理論是正確的!里德伯常數(shù)的理論值和實(shí)驗(yàn)值(RH=10967758m-1)的前四位有效數(shù)字完全相同.由玻爾理論可以推出氫原子廣義巴爾末公式,氫原子的光譜項(xiàng)與能級(jí)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,最大的光譜項(xiàng)對(duì)應(yīng)最低的能級(jí),其關(guān)系為學(xué)習(xí)指導(dǎo):1.導(dǎo)出廣義巴爾末公式,說(shuō)明光譜項(xiàng)的物理意義.2.利用里德伯常數(shù)或光譜項(xiàng)表示氫原子的能級(jí)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之二:夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置
4.14.94.94.9I
05101520VKGABCD1915年由夫蘭克和赫茲完成,結(jié)論:夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)直接證明了原子內(nèi)部確實(shí)存在能級(jí)。學(xué)習(xí)指導(dǎo):簡(jiǎn)述夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn),說(shuō)明其對(duì)量子理論發(fā)展作的貢獻(xiàn),給出實(shí)驗(yàn)的大致數(shù)據(jù).(2000年華東師大考研題)四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義第一次把量子的概念引入了原子領(lǐng)域(1913年連續(xù)發(fā)表了三篇關(guān)于原子理論的文章—偉大的三部曲)原子定態(tài)的概念至今有效輻射頻率法則解釋了近30多年的原子發(fā)光之迷,說(shuō)明了氫原子光譜五線系的成因,預(yù)言了類(lèi)氫原子光譜玻爾理論是由經(jīng)典力學(xué)向量子力學(xué)過(guò)渡的橋梁古之立大志者,不惟有超世之才,亦必有堅(jiān)忍不拔之志。——蘇軾2.玻爾理論的缺陷量子化假設(shè)是人為施加的,沒(méi)有理論基礎(chǔ)它是建立在經(jīng)典物理的基礎(chǔ)上的,帶有濃厚的經(jīng)典物理的色彩(如軌道的概念等).由于微觀粒子具有波粒二象性,所以它不能完全描述微觀粒子的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)對(duì)原子光譜線的強(qiáng)度、寬度、干涉、衍射和偏振無(wú)法做出說(shuō)明韋斯科夫說(shuō):什么是模型?模型就是奧地利的火車(chē)時(shí)刻表。奧地利的火車(chē)經(jīng)常晚點(diǎn),乘客問(wèn)列車(chē)員:“你們干嗎還要時(shí)刻表?”列車(chē)員回答:“有了時(shí)刻表,你才知道火車(chē)的晚點(diǎn)呀!”3.量子物理學(xué)展望在理論研究進(jìn)展繼玻爾理論之后,由薛定諤、海森堡等物理學(xué)家建立了描述微觀粒子的量子力學(xué)。從量子力學(xué)基本原理出發(fā)所給出的許多結(jié)論,都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。量子力學(xué)現(xiàn)已在材料、化學(xué)、生物、微電子學(xué)和天文星際大分子等各個(gè)學(xué)科研究領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,并取得了豐碩成果。它與相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石。近年來(lái),在量子力學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究極為活躍,并取得了重要進(jìn)展。例如,量子的非定域性得以肯定,實(shí)現(xiàn)了糾纏相干態(tài)的制備,成為量子力學(xué)中最基本的物理圖象之一,形成了量子信息和和量子密碼等新興的量子信息學(xué)科,為量子計(jì)算機(jī)的研究提供了理論依據(jù)。境自遠(yuǎn)塵皆入詠,物含妙理總堪尋?!猍清]乾隆小結(jié)掌握玻爾基本假設(shè)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和假設(shè)內(nèi)容。重點(diǎn)掌握玻爾圓軌道理論,記住并熟練導(dǎo)出氫原子的電子軌道半徑和原子能級(jí)公式。熟練運(yùn)用玻爾理論解決類(lèi)氫原子。熟練導(dǎo)出廣義里德伯公式,正確解釋氫原子光譜的成因。了解玻爾理論的地位、缺陷和量子物理發(fā)展的前沿。楊福家說(shuō):
成功的教學(xué)必須誘發(fā)問(wèn)題:聽(tīng)了課,讀了書(shū),只感到“聽(tīng)得舒服,讀來(lái)就懂”是不夠的,真正的收獲還應(yīng)該反映在有沒(méi)有產(chǎn)生新的問(wèn)題。課外練習(xí)1.試求氫原子的第一激發(fā)能和基態(tài)的電離能.2.電子以速率v垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,試用玻爾理論求電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和能級(jí)
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 清洗機(jī)原理課課程設(shè)計(jì)
- 幼兒中國(guó)舞上課課程設(shè)計(jì)
- 游戲衣服鑒賞課程設(shè)計(jì)
- 湖北策劃書(shū)籍課程設(shè)計(jì)
- 移動(dòng)營(yíng)銷(xiāo) 課程設(shè)計(jì)
- 泳池減脂課程設(shè)計(jì)
- 盲人按摩課程設(shè)計(jì)
- 昭通品牌ui課程設(shè)計(jì)
- 溫州橋梁課程設(shè)計(jì)招標(biāo)
- 玉石加工雕刻課程設(shè)計(jì)
- 新一代大學(xué)英語(yǔ)發(fā)展篇綜合教程2答案
- 公務(wù)員調(diào)任(轉(zhuǎn)任)審批表 - 陽(yáng)春人才網(wǎng)
- 土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)規(guī)程
- 大班音樂(lè)《歡樂(lè)頌》課件
- 《鋼結(jié)構(gòu)》期末考試/試題庫(kù)(含答案)要點(diǎn)-2
- 小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)案例,小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)案例
- 思政教師培訓(xùn)心得體會(huì)2021
- 零基礎(chǔ)的住宅和城市設(shè)計(jì)知到章節(jié)答案智慧樹(shù)2023年同濟(jì)大學(xué)
- 防止電力生產(chǎn)事故的-二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求2023版
- 建辦號(hào)建筑工程安全防護(hù)、文明施工措施費(fèi)用及使用管理規(guī)定
- GB/T 30170-2013地理信息基于坐標(biāo)的空間參照
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論