高二物理上学期能级-新人教版.ppt

三 能级 19世纪末20世纪初 人类叩开了微观世界的大门 物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型 卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象 得到了多数人的支持 但是与经典的电磁理论发生了矛盾 著名的粒子散射实验 按经典电磁理论 电子绕核运行时辐射电磁波的频率应等于电子绕核运行的频率 随着运行轨道半径的不断变化 电子绕核运行的频率要不断变化 原子辐射电磁波的频率也要不断变化 这样 大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱 矛盾表明 从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象 1913年玻尔在卢瑟福学说的基础上 把普朗克的量子理论运用到原子系统上 提出了玻尔理论 一 玻尔的原子模型 卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾 1 原子的稳定性 2 原子光谱是连续谱还是线状谱 尼尔斯 玻尔丹麦 1885 1962年 1885年 玻尔 Bohr 出生于丹麦 哥本哈根 他的父亲是哥本哈根大学一名杰出的生理学教授 父母从小便很关心玻尔 使他的天赋得以充分发挥 1903年 玻尔入读哥本哈根大学 主修物理学 玻尔尚未毕业时 便巳经锋芒毕露 他通过观察喷射的水流就能精密测量出水的表面张力 1909年 玻尔获理科硕士学位 1911年获哲学博士学位 他的博士论文 金属电子论的研究 定性地说明了金属的各种性质 他察觉到经典理论的缺陷 并证明了金属的磁性决不能用这些原理解释 结束在哥本哈根大学的学习后 玻尔前往曼彻斯特大学 在卢瑟福的实验室工作 1913年 他发表了三篇论文 把当时的原子结构模型与量子论结合起来 揭开了物理学崭新的一页 爱因斯坦对量子力学的概率解释感到不满 他曾在写给玻尔的信中提到 量子力学虽然令人赞叹 但在我的心中有个声音告诉我 它还不是那真实的东西 我无论如何也不相信上帝会在掷骰子 本世纪最伟大的两位科学巨人之间的大战就此揭开序幕 爱因斯坦曾提出许多 矛盾 企图证明量子力学站不住脚 但是 玻尔对这些 矛盾 经过分析之后 反倒帮助阐明了量子力学的原理 玻尔年轻时 和他的兄弟曾是丹麦国家足球队的队员 当1922年在斯德哥尔摩给他授奖时 有一丹麦报纸这样风趣地报导说 授予 著名足球运动员尼耳斯 玻尔 诺贝尔奖金 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫做定态 定态假设 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 辐射或吸收一定频率的光子 光子的能量由这两定态的能量差决定 即h E初 E终 跃迁假设 原子的不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道也是不连续的 轨道能级化假设 玻尔从假设出发 利用库仑定律和牛顿运动定律 计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量 氢原子能级 原子最低能级所对应的状态叫做基态 比基态能量高的状态叫激发态 原子从基态向激发态跃迁 电子克服库仑引力做功增大电势能 原子的能量增加要吸收能量 光子的发射和吸收 原子也可以从激发态向基态跃迁 电子所受库仑力做正功减小电势能 原子的能量减少要辐射出能量 这一能量以光子的形式放出 h E初 E终适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子与原子作用而使原子激发的情况 则不受此条件的限制 因为 原子一旦电离 原子结构即被破坏 因而不再遵守有关原子结构的理论 如基态氢原子的电离能为13 6eV 只要大于或等于13 6eV的光子都被基态的氢原子吸收而发生电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 至于实物粒子和原子碰撞的情况 由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收 所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差 也可使原子受激发而向较高能级跃迁 2 氢原子的能级 原子各定态的能量值叫做原子的能级 对于氢原子 其能级公式为 对应的轨道半径关系为 rn n2r1 其中 n称为量子数 只能取正整数E1 13 6eV r1 0 53 10 10m 氢原子各定态的能量值 为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和 在选无穷远处电势能为零的情况下 各定态的电势能均为负值 且其大小总大于同一定态的动能值 所以各定态能量值均为负值 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数为 13 6eV 3 4eV 1 51eV 0 85eV 1 2 3 4 人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱 不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线 玻尔理论很好的解释了氢原子的光谱 原子从高能级跃迁到低能级时 辐射光子的能量等于前后两个能级之差 由于原子的能级不连续 所以辐射的光子的能量也不连续 从光谱上看 原子辐射光波的频率只有若干分立的值 光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用 一种元素在样品中的含量即使很少 也能观察到它的光谱 因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素 这种方法非常灵敏 利用光谱还能确定遥远星球的物质成分 漆碗 第三文化层 距今6500 6000年 利用红外光分析其表面 其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光谱图相似 X射线照射激发荧光 通过分析荧光判断越王勾践宝剑的成分 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题 解决了