原子量子态：玻尔模型课件.ppt

1、原子原子(yunz)量子态：玻尔模型量子态：玻尔模型第一页，共49页。返回(fnhu)第二页，共49页。一定时间内物体辐射能量的多少，以及辐射能按波长的一定时间内物体辐射能量的多少，以及辐射能按波长的分布都与温度分布都与温度(wnd)(wnd)有关。有关。一、热辐射一、热辐射热辐射热辐射 普朗克的量子普朗克的量子(lingz)假设假设热辐射热辐射 :由于物体中的分子、原子受到热激发而发射由于物体中的分子、原子受到热激发而发射(fsh)(fsh)电磁波的现象。电磁波的现象。固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K第三页，共49页。人人体体(r(r

2、nnt)t)热热图图第四页，共49页。单色能密度单色能密度 在一定温度在一定温度(wnd)T下，辐下，辐射场内部单位体积中在波长射场内部单位体积中在波长 +d 范围内的范围内的辐射能与波长间隔的比值，即辐射能与波长间隔的比值，即dTduTu)()(能量能量(nngling)密度密度 在一定温度在一定温度T下，辐下，辐射场内部单位体积中的辐射场能量射场内部单位体积中的辐射场能量(nngling)。0)()(dTuTu第五页，共49页。)(41)()(TcudTMdTM)(TM0d)T(M)T(M单色辐出度单色辐出度 在一定温度在一定温度T下，下，物体单位表面在单位时间内发射物体单位表面在单位时间

3、内发射的波长在的波长在 +d 范围范围(fnwi)内内的辐射能与波长间隔的比值，即的辐射能与波长间隔的比值，即辐出度辐出度 在一定温度在一定温度T 下，单位时间内从物体单位表面上所发出下，单位时间内从物体单位表面上所发出(fch)的各种波长的总辐射能。的各种波长的总辐射能。)(TM 物体辐射物体辐射(fsh)电磁波的同时也吸收电磁波。电磁波的同时也吸收电磁波。平衡热辐射平衡热辐射辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射为平衡热辐射。体的热辐射为平衡热辐射。第六页，共49页。二、黑体辐射实验二、黑体辐射实验(shyn)(shyn)

4、定律定律单色反射率单色反射率 对一定波长的波，单位时间、单位对一定波长的波，单位时间、单位 面积上反射能与入射能之比面积上反射能与入射能之比 )T(r单色吸收率单色吸收率 对一定波长的波，单位时间、单位对一定波长的波，单位时间、单位 面积上面积上吸收能与入射能之比吸收能与入射能之比 )T(a1)T(a)T(r绝对绝对(judu)(judu)黑体（黑体）黑体（黑体）在任何温度下，对任何波长的辐射能在任何温度下，对任何波长的辐射能 的吸收率恒为的吸收率恒为1 1的物体。的物体。黑黑体体(hit)模模型型 不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近可近似看作黑体。似看作黑体。

5、研究黑体辐射的规律是了解一般物体热研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。辐射性质的基础。第七页，共49页。1 1、斯忒藩、斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律(dngl)(dngl)：一定温度一定温度(wnd)(wnd)下下,黑体的辐出度与黑体的绝对温度黑体的辐出度与黑体的绝对温度(wnd)(wnd)四次方成正比，即四次方成正比，即2 2、维恩位移、维恩位移(wiy)(wiy)公式：公式：黑体辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移黑体辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。动。bTmb b为常数为常数40dT)T(M)T(MBB为常数为常数第八页，共49页。TcwecTM2

6、51,42ckTMR第九页，共49页。MB 瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(gngsh)(1900年年)维恩公式维恩公式(gngsh)(1896年年)实验实验(shyn)曲曲线线经典物理遇到的困难经典物理遇到的困难第十页，共49页。19001900年普朗克为得到年普朗克为得到(d do)(d do)与实验曲线相符的公式，提出与实验曲线相符的公式，提出 （1）黑体腔壁中的电子的振动可看作）黑体腔壁中的电子的振动可看作(kn zu)是一维谐振子，这些是一维谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。谐振子可以发射和吸收辐射能。（2）这些谐振子只能处于某些）这些谐振子只能处于某些(mu xi)分立的状态，在

7、这些状分立的状态，在这些状态中，谐振子具有的能量只能取分立值，相应的能量是某一最小能量态中，谐振子具有的能量只能取分立值，相应的能量是某一最小能量的整数倍，最小能量值称为能量子，其值为的整数倍，最小能量值称为能量子，其值为h能量子假设：能量子假设：普朗克根据量子假设推得绝对黑体的辐射公式普朗克根据量子假设推得绝对黑体的辐射公式：11252TkhcBehc)T(M第十一页，共49页。MB 瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(gngsh)(1900年年)维恩公式维恩公式(gngsh)(1896年年)121)(25 kThcBehcTM 普朗克公式普朗克公式(gngsh)(1900年年)实验曲线实验曲线普朗

8、克黑体的辐射公式与实验值普朗克黑体的辐射公式与实验值：第十二页，共49页。nhEnkTEnnceEf001nkTEnnnceEfkThnkTnhnkTEeeecn1110011111ln11ln111110000kThcehceheheekTckTckTcekTcekTcenhcEEfEkThkThkThkThnkTnhkTnhnnkTnhnnnn第十三页，共49页。普朗克普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck(18581947)第十四页，共49页。第十五页，共49页。伏安特性伏安特性(txng)曲线曲线一、光电效应一、光电效应(un din xio(un din xi

9、o yng)yng)的实验规律的实验规律(1)(1)饱和电流饱和电流 iS(2)(2)遏止遏止(zh)(zh)电电压压 Ua Ua iS :单位时间阴极产生的光电子数单位时间阴极产生的光电子数amUme221v IAKU光电效应光电效应 爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说iS3iS1iS2I1I2I3-UaUiI1I2I3 Ua光电子最大初动能和光电子最大初动能和 成线性关系成线性关系遏止电压与频率关系曲线遏止电压与频率关系曲线和和v 成成线线性性关关系系i(实验装置示意图实验装置示意图)0A)(oaKU)(o(3)(3)截止频率截止频率 0(4)(4)即时发射即时发射:迟滞时间不超过迟滞时间不

10、超过 10-9 秒秒WK（I,）第十六页，共49页。二、实验规律与经典理论二、实验规律与经典理论(lln)的矛盾的矛盾 电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够(zgu)能量能量(与与 光强光强 I 有关有关)逸出，不应存在红限逸出，不应存在红限 0 。当光强很小时，电子要逸出，必须当光强很小时，电子要逸出，必须(bx)经较长时间的能量积累。经较长时间的能量积累。只有光的频率只有光的频率 0 时，电子才会逸出。时，电子才会逸出。（红限：红限：0）逸出光电子的多少取决于光强逸出光电子的多少取决于光强 I。光电子即时发射，滞后时间不超过光电子即时发射，滞

11、后时间不超过 109 秒秒。（。（瞬时性瞬时性）总结总结 光电子最大初动能和光频率光电子最大初动能和光频率 成线性关系。成线性关系。光电子最大初动能取决于光强，和光的频率光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关。无关。第十七页，共49页。三、三、爱因斯坦的光子爱因斯坦的光子(gungz)(gungz)理论理论2m21vmAh（A A 为为逸逸出功）出功）光是以光速运动的粒子光是以光速运动的粒子(lz)(lz)流，这些粒子流，这些粒子(lz)(lz)称为光量子称为光量子或光子，或光子，光子的能量是光子的能量是 光电效应光电效应(un(un din xio yng)din xio yng)方程

12、方程光强决定于单位时间内通过单位面积的光子数光强决定于单位时间内通过单位面积的光子数N N.单色光的光强是单色光的光强是 光子只能作为一个整体被发射和吸收。光子只能作为一个整体被发射和吸收。hNh第十八页，共49页。单位时间到达单位垂直面积的光子单位时间到达单位垂直面积的光子(gungz)数为数为N，则光强，则光强 I=Nh.I 越强越强,到阴极的光子到阴极的光子(gungz)越多越多,则逸出的光电子越多。则逸出的光电子越多。电子吸收一个光子即可逸出，不需要电子吸收一个光子即可逸出，不需要(xyo)长时间的能量积累。长时间的能量积累。光频率光频率 A/h 时，电子吸收时，电子吸收(xshu)一

13、个光子即可克服逸出一个光子即可克服逸出功功 A 逸出逸出(o=A/h)。光子理论对实验规律的解释光子理论对实验规律的解释 光电子最大初动能和光频率光电子最大初动能和光频率 成线性关系。成线性关系。由于爱因斯坦提出的光子假设成功地说明了光电效应的由于爱因斯坦提出的光子假设成功地说明了光电效应的实验规律实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。第十九页，共49页。爱因斯坦爱因斯坦Albert Einstein（1879-19551879-1955）爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人。18791879年年3 3月月1414日生于德国的

14、乌尔姆，日生于德国的乌尔姆，19551955年年4 4月月1818日卒于美国的普林斯顿。日卒于美国的普林斯顿。爱因斯坦爱因斯坦19001900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞大学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专利局找到工作。士联邦专利局找到工作。19051905年获苏黎世大学博年获苏黎世大学博士学位。士学位。19091909年任苏黎世大学理论物理学副教授，年任苏黎世大学理论物理学副教授，19111911年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁

15、家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士。士科学院院士。19321932年受希特勒迫害离开德年受希特勒迫害离开德国国,1933,1933年年1010月定居美国。爱因斯坦在物理学的月定居美国。爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明布许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建立狭义相对论并推广为广义相对论、朗运动、建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论完满提出光的量子概念，并以量子理论完满(wnmn)(wnmn)地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。并于量子统计。并于192

16、11921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。第二十页，共49页。氢原子光谱氢原子光谱光谱研究最早于牛顿光谱研究最早于牛顿1666年的三棱镜实验，随后，沃拉斯顿（年的三棱镜实验，随后，沃拉斯顿（1801）、夫琅和）、夫琅和费（费（1815）、赫歇尔（）、赫歇尔（1823）进行了大量的实验研究，但缺少理论上的总结。）进行了大量的实验研究，但缺少理论上的总结。第二十一页，共49页。分立线状光谱分立线状光谱(gungp)(gungp)18851885年，巴尔末提出年，巴尔末提出 (3)1889(3)1889年，里德堡提出年，里德堡提出实验实验(shyn)(shyn)规律规律（氢原子的巴耳末线系（

17、氢原子的巴耳末线系18841884）氢原子光谱氢原子光谱(gungp)(gungp)的实验规律的实验规律172222101.096776R 12156.36412141mnRnmBnB2222nnB第二十二页，共49页。)nm(RH22111）且且（mn321,n,m17m 108 775 096.1实验HR（氢光谱（氢光谱(gungp)的里德伯常量）的里德伯常量）m=1(n=2,3,4,)谱线系谱线系 赖曼系赖曼系 （1914年）紫外年）紫外m=3(n=4,5,6,)谱线系谱线系 帕邢系帕邢系 （1908）近红外）近红外m=4(n=5,6,7,)谱线系谱线系 布拉格系布拉格系 （1922）远

18、红外远红外m=5(n=6,7,8,)谱线系谱线系 普丰德系普丰德系 （1924）远红外远红外第二十三页，共49页。)()(nTmT2)(mRmT第二十四页，共49页。第二十五页，共49页。返回(fnhu)第二十六页，共49页。返回(fnhu)第二十七页，共49页。12EEh返回(fnhu)第二十八页，共49页。nvrmLen=1,2,第二十九页，共49页。rvmree222041nvrmLe22204nemrennevn140222022022142421ncecmrevmVEEennek第三十页，共49页。2022042cecmEe201nEE nTmTnmRnmhcEhcEEcTHmn22

19、220111111315.109737cmRTH 12258.1096774111cmBRnTmTnmREHEH第三十一页，共49页。32222222nRcmnmnmnRcmnmnRcc22204nemrennevn140220242cehcmRe32022142ncecme320221422ncecmrvfenn第三十二页，共49页。返回(fnhu)第三十三页，共49页。22204 nemren氢原子.BeLiHe 4 322220、类氢离子nzemrenK.NaLiTD 4 22*20、类氢原子nezmrenAo053.0053nm.0r玻尔半径）氢原子第一轨道半径（第三十四页，共49页。

20、nevn14 02氢原子.KNaLiTD 14z 02*、类氢原子nevn.BeLiHe 14z 3202、类氢离子nevn137c v0c度）第一轨道速度（玻尔速第三十五页，共49页。22022142 ncecmEe氢原子.K.NaLiTD 142 2202*2、类氢原子ncezcmEe.BeLiHe 142 3222022、类氢离子nczecmEe能级氢原子基态能量 6eV.13E 0第三十六页，共49页。202042cehcmhcERe1315.109737cmRTH3204242cheRAMmRMmmcheeTHee11114232042 RA类氢原子、类氢离子表达式适合于氢原子、第三

21、十七页，共49页。3204242cheRAMmRMmmcheeTHee11114232042第三十八页，共49页。2222 211111ZnZnRZnnRAA返回(fnhu)第三十九页，共49页。第四十页，共49页。返回(fnhu)第四十一页，共49页。返回(fnhu)第四十二页，共49页。返回(fnhu)第四十三页，共49页。npknrZecmmEEE02204)(222222220422222022244mcnZmccenZnmeeZ第二项第四十四页，共49页。11111)(22022202022202220cmcmcmnZmccmnZmccmmEn22204220422041124121

22、1!2)12/1(2/1211nZnZcmcmcmEn：对式子进行泰勒展开得请思考请思考(sko)：上式中如果上式中如果Z137会出现什么情形？会出现什么情形？第四十五页，共49页。返回(fnhu)第四十六页，共49页。返回(fnhu)第四十七页，共49页。谢谢(xi xie)第四十八页，共49页。NoImage内容(nirng)总结原子量子态：玻尔模型。物体辐射电磁波的同时也吸收电磁波。面积(min j)上吸收能与入射能之比。1、斯忒藩玻耳兹曼定律：。其中c1和c2为实验测量常数，分别为：。I1I2I3。光强决定于单位时间内通过单位面积(min j)的光子数N.。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专利局找到工作。两者都能反映物质特性及其内部组成结构特征谱线。n=1,2,。速度玻尔速度。(1-3-7。谢谢第四十九页，共49页。