第二章-原子的能级和辐射.pptx
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1、第二章第二章 原子的能级和辐射原子的能级和辐射教学内容:教学内容:1 1、背景知识、背景知识2 2、玻尔模型、玻尔模型3 3、实验验证之一:光谱、实验验证之一:光谱4 4、实验验证之二、实验验证之二:夫兰克夫兰克-赫兹实验赫兹实验教学重点:教学重点:玻尔模型,玻尔模型,光谱光谱.1.1背景知识背景知识 经典力学、经典力学、经典力学、经典力学、经典电磁电磁场理论、经典电磁电磁场理论、经典电磁电磁场理论、经典电磁电磁场理论、经典统计力学经典统计力学经典统计力学经典统计力学(1 1)“紫外灾难紫外灾难”,经典理论得出的瑞利金斯公,经典理论得出的瑞利金斯公 式,在高频部分趋无穷。式,在高频部分趋无穷。
2、(2 2)“以太漂移以太漂移”,迈克尔逊莫雷实验表明,不,迈克尔逊莫雷实验表明,不存在以太。存在以太。在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云不安的乌云不安的乌云不安的乌云 两大困惑:两大困惑:“夸克禁闭夸克禁闭”和和“对称性对称性破缺破缺 一、量子假说根据之一:黑体辐射一、量子假说根据之一:黑体辐射黑体能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体。黑体能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体。且只与温度有关,而和材料及表面状态无关且只与温度有关,而和材料及表面状态
3、无关 。1 1、基尔霍夫定律任何物体的辐射、基尔霍夫定律任何物体的辐射在同一温度下的辐射本领和吸收本在同一温度下的辐射本领和吸收本领成正比领成正比问题:在实验中如何测能量谱密度问题:在实验中如何测能量谱密度(,T T)2 2、斯特藩定律黑体辐射的总本领与它的绝对、斯特藩定律黑体辐射的总本领与它的绝对温度的四次方成正比温度的四次方成正比维恩定律辐射能量分布定律维恩定律辐射能量分布定律 维恩位移律维恩位移律 4 4、瑞利金斯定律和紫外灾难、瑞利金斯定律和紫外灾难 从经典能量按自由度均分定律从经典能量按自由度均分定律、普朗克的量子假说、普朗克的量子假说 对一定频率的电磁波,物体只能以对一定频率的电磁
4、波,物体只能以 h h 为单位为单位吸收或发射它,即吸收或发射电磁波只能以吸收或发射它,即吸收或发射电磁波只能以“量量子子”方式进行,每一份能量方式进行,每一份能量 叫一能量子。叫一能量子。h=6.62607551034 Js 二、量子假说根据之二:光电效应二、量子假说根据之二:光电效应(一)(一)光电效应的实验规律光电效应的实验规律、截止频率或红限频率、截止频率或红限频率、遏止电势与入射光强、遏止电势与入射光强无关光电子的最大能量与无关光电子的最大能量与光强无关光强无关 OV0o只只有有当当入入射射光光频频率率 大大于于一一定定的的频频率率 o o时时,才才会会产产生生光光电效应电效应 3
5、3 3 3、驰豫时间当、驰豫时间当、驰豫时间当、驰豫时间当 o o o o,光一照上,几乎立刻(光一照上,几乎立刻(光一照上,几乎立刻(光一照上,几乎立刻(101010mnm,可得到同一线系中各,可得到同一线系中各光谱的波数值。光谱的波数值。(3 3)改变公式中的)改变公式中的m m值,就可得到不同的线系。值,就可得到不同的线系。(六)光谱项,并合原则光谱项,并合原则 里德伯公式准确地表述了氢原子光谱线系,而且其规律里德伯公式准确地表述了氢原子光谱线系,而且其规律简单而明显,这就说明它深刻地反映了氢原子内在的规律性。简单而明显,这就说明它深刻地反映了氢原子内在的规律性。最明显的一点是,氢原子发
6、射的任何一条谱线的波数都可以最明显的一点是,氢原子发射的任何一条谱线的波数都可以表示成两项之差,即:表示成两项之差,即:其中,每一项都是正整数的函数,并且两项的形式一样。其中,每一项都是正整数的函数,并且两项的形式一样。若我们用若我们用T来表示这些项值,则有来表示这些项值,则有由上式可见,氢原子光谱的任何一条谱线,都可以表示成两由上式可见,氢原子光谱的任何一条谱线,都可以表示成两个光谱项之差。个光谱项之差。综上所述,氢原子光谱有如下规律:综上所述,氢原子光谱有如下规律:(1 1)谱线的波数由两个光谱项之差决定:)谱线的波数由两个光谱项之差决定:(2 2)当)当m m保持定值,保持定值,n n取
7、大于取大于m m的正整数时,可给出的正整数时,可给出同一光谱系的各条谱线的波数同一光谱系的各条谱线的波数。(3 3)改变)改变m m数值,可给出不同的光谱线系。数值,可给出不同的光谱线系。以后将会看到,这三条规律对所有原子以后将会看到,这三条规律对所有原子光谱都适用,所不同的只是各原子的光谱项光谱都适用,所不同的只是各原子的光谱项的具体形式各有不同而已。的具体形式各有不同而已。.2 .2 玻尔模型玻尔模型(一)经典轨道和定态条件(一)经典轨道和定态条件原子中的电子绕核运动时,只能在某原子中的电子绕核运动时,只能在某些特定的允许轨道上转动,但不辐射些特定的允许轨道上转动,但不辐射电磁能量,因此原
8、子处于这些状态时电磁能量,因此原子处于这些状态时是稳定的,是稳定的,由牛顿第二定律:由牛顿第二定律:原子的能量:原子的能量:电子轨道运动的频率:电子轨道运动的频率:最大的能量为最大的能量为0,而且,而且,大,大。(二)频率条件(二)频率条件 能量只与一个整数能量只与一个整数n n有关有关 能量只能取一定的分立能量只能取一定的分立值值 在某一状态在某一状态 上,无论电子有无加速上,无论电子有无加速度,其能量都是一定的度,其能量都是一定的 定态定态再进一步再进一步能量量子化能量量子化 轨道半径轨道半径r r是量子化的是量子化的 分立的值分立的值r rn n 角动量角动量 是量子化的。是量子化的。(
9、三三)角动量量子化角动量量子化 玻玻尔尔的的这这几几个个假假设设是是否否正正确确?只只有有通通过过实实验验检验。检验。(四)氢原子的能级、半径(四)氢原子的能级、半径电电子子的的轨轨道道半半径径只只能能是是a a1 1,4a4a1 1,9a,9a1 1等等玻玻尔尔半半径径的的整整数数倍倍,即即轨轨道半径是量子化的道半径是量子化的.玻尔理论的一个成功之处玻尔理论的一个成功之处 处于定态时原子所允处于定态时原子所允许的能量值。能量是许的能量值。能量是量子化的量子化的 实验测得,氢原子的电离电势为实验测得,氢原子的电离电势为13.6V13.6V.实际上,实际上,这个理论和实验的符合是玻尔理论的这个理
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