2021-2022学年高二物理竞赛课件：原子中的电子(共13张PPT).pptx

原子中的电子原子中的电子 1 氢原子氢原子 2 电子的自旋与自旋轨道耦合电子的自旋与自旋轨道耦合3 微观粒子的不可分辨性和泡利不相容原理微观粒子的不可分辨性和泡利不相容原理 4 各种原子核外电子的组态各种原子核外电子的组态 5 X射线射线 6 激光激光 7 分子结构分子结构 8 分子转动和振动能级分子转动和振动能级爱因斯坦爱因斯坦1905年提出光量子的概念后，不年提出光量子的概念后，不受名人重视，甚至到受名人重视，甚至到1913年德国最著名的年德国最著名的四位物理学家四位物理学家(包括普朗克包括普朗克)还把爱因斯坦的还把爱因斯坦的光量子概念说成是光量子概念说成是“迷失了方向迷失了方向”。可是，。可是，当时年仅当时年仅28岁的玻尔，却创造性地把量子岁的玻尔，却创造性地把量子概念用到了当时人们持怀疑的卢瑟福原子概念用到了当时人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型，解释了近结构模型，解释了近30年的光谱之谜。年的光谱之谜。以以氢原子氢原子为例说明为例说明量子力学在解决原子结构方面的成功量子力学在解决原子结构方面的成功注意量子力学给出的全新概念注意量子力学给出的全新概念 首次把首次把量子论量子论用到原子结构和原子光谱的研究中用到原子结构和原子光谱的研究中 1.原子的核式原子的核式(行星行星)结构结构 大量实验确认了大量实验确认了卢瑟福的原子核式模型卢瑟福的原子核式模型一、实验事实一、实验事实2.原子光谱原子光谱 离散的离散的线状谱线状谱 1 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论红红蓝蓝紫紫6562.84340.54861.31)氢原子的可见光光谱：氢原子的可见光光谱：。1853年瑞典人年瑞典人埃格斯特朗埃格斯特朗（A.J.Angstrom）A即由此得来即由此得来。测得氢可见光光谱的红线测得氢可见光光谱的红线2)氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律紫外区紫外区红外区红外区可可见见区区赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芳德系普芳德系式中式中R为为里德伯常量里德伯常量：进一步总结光谱规律进一步总结光谱规律得到得到广义巴耳末公式广义巴耳末公式赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芳德系普芳德系 根据经典电磁理论，电子根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电运动的电子将不断向外辐射电磁波磁波,原子的能量不断减小原子的能量不断减小+电子绕核旋转的频率也电子绕核旋转的频率也逐渐逐渐改变，改变，发射的光谱应是连续发射的光谱应是连续谱；无法谱；无法解释原子的解释原子的线状谱线状谱。最终最终电子将电子将坍缩坍缩到原子核到原子核上上原子不稳定。原子不稳定。+二、经典物理的困难二、经典物理的困难三、玻尔的氢原子理论三、玻尔的氢原子理论 （19131913年）年）1.玻尔的三条假设玻尔的三条假设 以普朗克能量子和爱因斯坦光子概念为基础以普朗克能量子和爱因斯坦光子概念为基础 1)定态假设定态假设 原子系统只能处在一系列不连续的能量状原子系统只能处在一系列不连续的能量状态，态，这些状态称为原子系统的稳定状态，这些状态称为原子系统的稳定状态，简称简称定态。定态。相应能量分别记为：相应能量分别记为：E1,E2,E3,(E1E2E3)（半经典半经典）电子的角动量为电子的角动量为 2)跃迁假设跃迁假设(频率条件频率条件)当原子从一个能量为当原子从一个能量为En的定态跃迁到另一的定态跃迁到另一 个能量为个能量为Em的定态时的定态时发射发射(或或吸收吸收)一个频率一个频率 为为 的光子，的光子，光子的光子的频率满足：频率满足：3)角动量量子化假设角动量量子化假设 电子绕核运动时，所处的稳定状态必须满足：电子绕核运动时，所处的稳定状态必须满足：n量子数量子数即角动量取值是量子化的即角动量取值是量子化的 定态假设定态假设频率条件频率条件角动量量子化假设角动量量子化假设 2.玻尔对氢原子的工作玻尔对氢原子的工作 根据三条假设根据三条假设1)求出了氢原子的能级公式求出了氢原子的能级公式和轨道半径和轨道半径氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量的计算由由库仑定律库仑定律和和牛顿运动定律牛顿运动定律:Z原子序数原子序数氢原子氢原子Z=1n=1,2,3,消去两式中的消去两式中的 v，以，以 rn代替代替 r,得得轨道半径轨道半径：a0=r1=0.5291010 m 玻尔半径玻尔半径又由又由角动量量子化条件角动量量子化条件:(1)类氢离子类氢离子:He+,Li+而由而由(1)式式 E1=13.6 eV 氢原子基态能级氢原子基态能级得得能量：能量：（n=1,2,）氢原子氢原子能级能级：类氢离子的能量：类氢离子的能量：以电子在无穷远处的静电势能为零，则原子核以电子在无穷远处的静电势能为零，则原子核与电子构成的与电子构成的系统的能量系统的能量是是静电势能静电势能电子动能电子动能(1)氢原子的能级与光谱图氢原子的能级与光谱图4321nE(eV)赖曼系赖曼系巴巴耳耳末末系系帕邢系帕邢系1000130020003000500010000 20000 A。13.63.391.510.850紫外区紫外区红外区红外区可可见见区区由能级算出由能级算出的光谱线频的光谱线频率和实验结率和实验结果完全一致果完全一致各谱线系相互分离，每一系的谱线在短波方向变密各谱线系相互分离，每一系的谱线在短波方向变密