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歡迎進(jìn)入物理課堂 玻爾的原子模型 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)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)去推斷 在軌道上運(yùn)動(dòng)的電子帶有電荷 運(yùn)動(dòng)中要輻射電磁波 電子損失了能量 其軌道半徑不斷縮小 最終落在原子核上 由于電子軌道的變化是連續(xù)的 輻射電磁波的頻率也會(huì)連續(xù)變化 事實(shí)上 原子是穩(wěn)定的 輻射電磁波的頻率也只是某些確定的值 人們?cè)缭诹私庠觾?nèi)部結(jié)構(gòu)之前就已經(jīng)觀察到了氣體光譜 不過那時(shí)候無法解釋為什么氣體光譜只有幾條互不相連的特定譜線 1 圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值 這些現(xiàn)象叫做軌道量子化 2 不同的軌道對(duì)應(yīng)著不同的狀態(tài) 在這些狀態(tài)中 盡管電子在做變速運(yùn)動(dòng) 卻不輻射能量 因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的 3 原子在不同的狀態(tài)之中具有不同的能量 所以原子的能量也是量子化的 1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說 玻爾 光子的發(fā)射和吸收 原子也可以從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷 電子所受庫侖力做正功減小電勢(shì)能 原子的能量減少要輻射出能量 這一能量以光子的形式放出 原子最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)叫做基態(tài) 比基態(tài)能量高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷 電子克服庫侖引力做功增大電勢(shì)能 原子的能量增加要吸收能量 光子的發(fā)射和吸收 原子在始 末兩個(gè)能級(jí)Em和En Em En 間躍遷時(shí)發(fā)射光子的頻率可以由下式?jīng)Q定 光子的發(fā)射和吸收 玻爾從上述假設(shè)出發(fā) 利用庫侖定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律 計(jì)算出了氫的電子可能的軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量 氫原子能級(jí) 1 電離 原子吸收能量使電子脫離原子束縛的現(xiàn)象 2 能級(jí) 氫原子在各種定態(tài)時(shí)的能量值叫做能級(jí) 3 量子數(shù)n 按能級(jí)由低到高為1 2 3 n n為整數(shù) 如 氫原子各能級(jí)可表示為E1 E2 E3 En 例題 用13 0eV的電子轟擊基態(tài)的氫原子 1 試確定氫原子所能達(dá)到的最高能態(tài) 2 氫原子由上述最高能態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子可能的波長(zhǎng)為多少 3 欲使處于基態(tài)的氫原子電離至少用多大能量的電子轟擊氫原子 解 1 n 4 2 可能的躍遷 n 1 n 2 n 4 n 3 4 2 3 2 3 氫原子電離能 所以至少要13 6eV能量的電子 結(jié)論 能較好地解釋氫原子光譜和類氫原子光譜 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn) 歷史背景及意義 1911年 盧瑟福根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn) 提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 1913年 玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型 建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念 原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念 電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴隨電磁波的吸收和發(fā)射 電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差 隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對(duì)光譜的研究 玻爾理論被確立 但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證 隨后 在1914年 德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法 與光譜研究相獨(dú)立 簡(jiǎn)單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在 從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù) 夫蘭克 赫茲實(shí)驗(yàn) 1914 實(shí)驗(yàn)裝置 K極 G極 G極 加反向電壓 P極 電子在其中的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單描述 從熱陰極K發(fā)出 經(jīng)UGK電場(chǎng)加速運(yùn)動(dòng)到柵極G 由于接受極電壓小于柵極電壓 電子在G P過程中將減速 只有到G極的電子具有較大能量時(shí) 才可以克服反電場(chǎng)UPG到達(dá)接受極板P 從而才可能通過回路 形成電流 因此回路中的電流依賴于電子運(yùn)動(dòng)到柵極后的能量 1 調(diào)節(jié)UGK兩端電壓 回路中電流將增加 單調(diào)關(guān)系 2 容器內(nèi)充滿氣體又如何 1 改變V 到達(dá)P極的電子增加 2 V 4 9v后 形成一峰值 3 每隔 V 4 9v 就有一峰值出現(xiàn) 為什么 熱陰極 柵極 接受極 汞蒸氣 獲得1925年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 汞原子選擇吸收 其內(nèi)存在一個(gè)能量為4 9eV的量子態(tài) 電子能量小于4 9eV時(shí) 電子碰撞汞原子時(shí)其能量幾乎沒有損失 電子能量 4 9eV 2 4 9eV 玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題 但是也有它的局限性 在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念 同時(shí)又應(yīng)用了 軌道 等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律 除了氫原子光譜外 在解決其他問題上遇到了很大的困難 電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率 電子云 玻爾理論解決了原子的穩(wěn)定性和輻射的頻率條件問題 把原子結(jié)構(gòu)的理論向前推進(jìn)了一步 謝謝再見 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全