物理課件高三物理能級.ppt

1、量 子 化 初 步,能 級,19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人類叩開了微觀世界的大門，物理學(xué)家根據(jù)有研究提出了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的各種模型，盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋實驗現(xiàn)象，得到了多數(shù)人的支持，但是與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾,著名的 粒子散射實驗,一、原子核式結(jié)構(gòu)與經(jīng)典電磁理論的矛盾：,圓周運動,電場變化,輻射電磁波,能量減小,軌道半徑減小,最終落到原子核上,圓周運動,向外輻射能量,f波= f勻圓,輻射電磁波的頻率應(yīng)連續(xù)變化,原子是穩(wěn)定的,f勻圓逐漸增大,由經(jīng)典電磁理論,原子是不穩(wěn)定的,輻射的電磁波的頻率只是某些確定值,事實,軌道半徑連續(xù)減小,以上矛盾表明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來的經(jīng)典電磁理論不適用于原

2、子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個矛盾，1913年玻爾在盧瑟福學(xué)說的基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。,二、 玻爾的原子模型,盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾,1.原子的穩(wěn)定性?,2.原子光譜是連續(xù)譜還是線狀譜?,尼爾斯 玻爾丹麥（1885-1962年）,1885 年，玻爾 (Neils Bohr) 出生于丹麥哥本哈根。他的父親是哥本哈根大學(xué)一名杰出的生理學(xué)教授，母親出生于一個在銀行、政治和教育各界中均很活躍的富有猶太人家庭。父母從小便很關(guān)心玻爾，使他的天賦得以充分發(fā)揮。 1903 年，玻爾入讀哥本哈根大學(xué)，主修物理學(xué)。玻爾尚未畢業(yè)時，便巳經(jīng)鋒芒畢露，

3、他通過觀察噴射的水流就能精密測量出水的表面張力。 1909 年，玻爾獲理科碩士學(xué)位，1911 年獲哲學(xué)博士學(xué)位。,他的博士論文金屬電子論的研究定性地說明了金屬的各種性質(zhì)。他察覺到經(jīng)典理論的缺陷，并證明了金屬的磁性決不能用這些原理解釋。結(jié)束在哥本哈根大學(xué)的學(xué)習(xí)后，玻爾前往英國劍橋大學(xué)，想在湯姆遜的指導(dǎo)下繼續(xù)研究電子論，但是湯姆遜巳經(jīng)對這個問題失去了興趣。于是玻爾隨即轉(zhuǎn)往曼徹斯特大學(xué)，在盧瑟福的實驗室工作。1913 年，他發(fā)表了三篇論文，把當(dāng)時的原子結(jié)構(gòu)模型與量子論結(jié)合起來，揭開了物理學(xué)嶄新的一頁。,愛因斯坦一直對量子力學(xué)的概率解釋感到不滿，他曾在寫給 玻爾 的信中提到: 量子力學(xué)雖然令人贊嘆，但

4、在我的心中有個聲音告訴我，它還不是那真實的東西我無論如何也不相信上帝會在擲骰子!本世紀(jì)最偉大的兩位科學(xué)巨人之間的大戰(zhàn)就此揭開序幕,愛因斯坦曾提出許多“矛盾”，企圖證明量子力學(xué)站不住腳。但是，玻爾對這些“矛盾”經(jīng)過分析之后，反倒幫助闡明了量子力學(xué)的原理。,玻爾年輕時，和他的兄弟曾是丹麥國家足球隊的隊員。當(dāng)1922年在斯德哥爾摩給他授獎時，有一丹麥報紙這樣風(fēng)趣地報導(dǎo)說：授予“著名足球運動員尼耳斯.玻爾”諾貝爾獎金。,二、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型,原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。定態(tài)假設(shè),原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時

5、，輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩定態(tài)的能量差決定，即h=E初E終。躍遷假設(shè),原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。軌道能級化假設(shè),三、能級,1、內(nèi)容：,原子處于不同定態(tài)時所具有的能量值,電子處于什么軌道時原子所具有的能量較??？是內(nèi)層軌道還是外層軌道？,2、基態(tài)：,能量值最低的狀態(tài),軌道半徑最小,3、激發(fā)態(tài)：,除基態(tài)外的狀態(tài),4、電離：,核外電子脫離核的束縛狀態(tài),原子的能量值最高,玻爾從上述假設(shè)出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運動定律，計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應(yīng)的能量,氫原子能級,四、氫原子的軌道及對應(yīng)的能級,n：電

6、子脫離核束縛,氫原子能級圖,五、光子的發(fā)射與吸收,1、向下躍遷,可自發(fā)地經(jīng)過一次或幾次躍遷達基態(tài),躍遷時以光子的形式向外放出能量,發(fā)射光子,某個氫原子處于n=4激發(fā)態(tài),1、它可能向外輻射哪些波長的光子？,2、它最多向外輻射的光子數(shù)為多少？,3、若是一群處于該激發(fā)態(tài)的氫原子呢？,要注意是一個原子躍遷還是一群原子躍遷,可能的光子的頻率有 種,五、光子的發(fā)射與吸收,1、向下躍遷,2、向上躍遷,發(fā)射光子,吸收能量,1)光子使原子躍遷,光子的能量必須等于能級差,要么全被吸收，要么不吸收,電離：,使原子電離,思考:分別能量為2eV、10eV的光子照射處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子，結(jié)果如何？,2)實物粒子使原子

7、躍遷,躍遷：,實物粒子和原子碰撞的情況，由于實物粒子的動能可全部或部分地為原子吸收，所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。,思考:用動能為12ev、15ev的電子與氫原子碰撞，氫原子是否能發(fā)生躍遷,六、光譜,產(chǎn)生：由熾熱的固體、液體、高壓氣體發(fā)光而產(chǎn)生,1) 連續(xù)光譜：,復(fù)色光通過三棱鏡后在光屏 上所形成的彩色光帶,連續(xù)分布著包含從紅光到紫光的各種色光的光譜,2) 原子光譜：,只包含一些不連續(xù)亮線的光譜,其中的亮線稱為譜線,不同元素的原子發(fā)光其譜線一般不同，故將譜線稱為特征譜線,產(chǎn)生：由稀薄氣體發(fā)光而產(chǎn)生,產(chǎn)生： 熾熱物體發(fā)出的白光通過溫度較低

8、的氣體后產(chǎn)生,光譜分析的技術(shù)在科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用，一種元素在樣品中的含量即使很少，也能觀察到它的光譜因此光譜分析可以用來確定樣品中包含哪些元素，這種方法非常靈敏，利用光譜還能確定遙遠(yuǎn)星球的物質(zhì)成分,光譜分析:利用原子光譜和吸收光譜,漆碗：第三文化層（距今65006000年）利用紅外光分析其表面，其光譜圖和馬王堆漢墓出土漆皮的裂解光譜圖相似,X射線照射激發(fā)熒光，通過分析熒光判斷越王勾踐寶劍的成分,七、玻爾理論的成功與局限之處,取而代之的是“量子力學(xué)”,八、氫原子的能量,1、電子的動能：,3、原子的能量：,原子的能量值是核外電子的動能原子所具有的勢能的總和,原子的能量值為什么是一個負(fù)值?,衛(wèi)星

9、繞地球做圓周運動的模型與此類似,氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，因為在選無窮遠(yuǎn)處電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值，且其大小總大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)能量值均為負(fù)值，因此，不能根據(jù)氫原子的能級公式,得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結(jié)論。,例題1：按照波爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道上，有關(guān)能量變化的說法中，正確的是: A、電子的動能變大，電勢能變大，總能量變大 B、電子的動能變小，電勢能變小，總能量變小 C、電子的動能變小，電勢能變大，總能量不變 D、電子的動能變小，電勢能變大，總能量變大,D,例題2：一群處

10、于基態(tài)的氫原子吸收某種單色光的光子后，只能發(fā)出頻率為 1、 2、 3的三種光子，且 1 2 3 ，則 A、被氫原子吸收的光子的能量為h 1 B、被氫原子吸收的光子的能量為h 2 C、 1= 2+ 3 D、被氫原子吸收的光子的能量為 h 1+ h 2+ h 3,AC,例題3：根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E/的軌道，輻射出波長為的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則E/等于,A. B. C. D.,C,例題4：欲使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)，下列可行的措施是（ ） A.用10.eV的光子照射 B.用11eV的光子照射 C.用14eV的光子照射 D.用11eV的電子碰撞,ACD,例題5在氣體放電管中，用攜帶著能量12.2eV的電子去轟擊氫原子，試確定此時的氫可能輻射的譜線的波長,例題6：有1200個都處于n=4能級的氫原子，最終都處于基態(tài)，其發(fā)出光子的總數(shù)是多少？設(shè)處于