物理讲座10原子物理PPT课件

物理讲座,扬州职大电子工程系贾湛,2013.8,原子物理,1,固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。,固体在温度升高时颜色的变化,热辐射,当我们看到炉火的颜色越近蓝紫端时，炉火的温度就越高,2,定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反，折射和透射的物体称为绝对黑体，简称黑体。,不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。,黑体辐射研究,19世纪末，灯泡的发明带来巨大的经济利益，推动了热辐射规律的研究。研究任何问题，都需要从最简单的事物开始，有关热辐射的最简单模型是什么呢？科学家找到了黑体。,为什么要把黑体作为辐射研究的理想模型呢?因为基尔霍夫研究出了一个定律：吸收能力最强的物体辐射能力也越强。黑体是吸收能力最强的物体，自然就选它为理想模型。,3,实验装置,黑体辐射实验,实验曲线,由图可见温度越高，波长短的辐射越强,4,黑体辐射理论研究,可见普朗克理论值与实验值最吻合。但普朗克不敢相信自己的理论。,5,=h,普朗克把辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：,1,2,3,.n.n为正整数，称为量子数。,能量,量子,经典,其中：h=6.62610-34J.s普朗克常数。,能量怎能不连续呢？,能量子假说,6,用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,光电效应,在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象称光电效应。从锌板上逸出的电子称为光电子。,7,石英窗,光电效应的实验规律,饱和光电流强度与入射光强度成正比。,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c。当入射光频率c时，电子才能逸出金属表面；,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间n）时，会放出能量为h的光子（h是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hm-n称为频率条件，又称辐射条件,假说3：频率条件,针对原子光谱是线状谱提出,38,光谱,光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。,发射光谱物体发光直接产生的光谱。有两类：连续光谱和明线光谱。,特征谱线元素发出具有本身特征的某些波长的光谱线。,吸收光谱白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。,物质成份的分析常用光谱分析方法。,39,连续光谱H发射光谱钠的发射光谱钠的吸收光谱吸收光谱,各种光谱,40,原子的特征谱线,41,-13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0eV,n,E/eV,基态,激发态,赖曼系,巴耳末系,帕邢系,布喇开系,普丰德系,玻尔理论对氢光谱的解释,42,玻尔理论对氢光谱的解释,H,H,H,H,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,巴尔末系氢吸收光谱,43,任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。,(JAMESFRANCK),(GUSTAVHERTZ),1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。,玻尔理论的进一步证明,44,管内充满低压汞蒸汽，电子从加热的灯丝F发射，在加速电压U0作用下电子被加速，向栅极G运动，在GP之间加反向电压Ur(0.5V左右)，电子穿过栅极G到达P，在电路中可看出电流IP。,在起始阶段，IP随U0而增加，当IP达到峰值后，随U0增加，IP急剧下降，然后IP又随U0增加，出现第一个波，此后，又出现第二个峰值与第二个波。,实验装置,实验结果,弗兰克-赫兹实验,45,玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。,量子化条件的引进没有适当的理论解释。,玻尔理论的局限性,量子力学彻底放弃经典概念，引入物质波和电子云概念，全新地讨论微观粒子的行为。,46,原子的量子模型,电子云,激光知识,47,卢瑟福粒子散射实验的结果（）A、证明了质子的存在B、证明了原子核是由质子和中子组成的C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动,C,例,48,对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的,ACD,例,49,根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（）A、电子轨道半径越大B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大D、核外电子的电势能越大,ACD,例,50,已知铯的极限频率为4.5451014Hz，钠为6.01014Hz，银为1.1531015Hz，铂为1.5291015Hz，当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是_。（光速c=3.0108m/s，光速与波长、频率的关系：c=f）,练习1,51,试估算一个中学生(50kg)在跑百米(v7m/s)时的德布罗意波的波长。,练习2,52,根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）A、可以取任意值B、可以在某一范围内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值,练习3,53,已知铯的极限频率为4.5451014Hz，钠为6.01014Hz，银为1.1531015Hz，铂为1.5291015Hz，当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是_。（光速c=3.0108m/s，光速与波长、频率的关系：c=f）,铯和钠,练