第一节--背景知识优秀PPT.ppt

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1、 模型-是对实体的特征及变更规律的一种表示或抽象。即是把对象实体通过适当的过滤，用适当的表现规则描绘出的简洁的仿照品。美籍奥地利物理学家韦斯科夫说：“什么叫模型？模型就是奥地利的火车时刻表。奥地利的火车常常晚点，于是乘客质问列车员：你们干吗还要列车时刻表？列车员回答说：“有了时刻表，你们才知道晚点呀！”明显，没有时刻表这个志向化的东西，铁路员工和乘客将无所遵循，这是志向模型的作用。其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型第一节第一节 背景学问背景学问其次节其次节 玻尔模型玻尔模型Automic Physics 原子物理学原子物理学结束结束第一节：背景学问第一节：背景学问其次

2、章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型书目nextback 卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核和围绕核运动的一些电子组成，这个模型成和围绕核运动的一些电子组成，这个模型成功地说明白功地说明白粒子散射试验中粒子的大角度粒子散射试验中粒子的大角度散射现象散射现象可是当我们准备进入原子内部作进一步的考可是当我们准备进入原子内部作进一步的考察时，却发觉已经建立的物理规律无法说明察时，却发觉已经建立的物理规律无法说明原子的稳定性，同一性和再生性。原子的稳定性，同一性和再生性。光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应结束书目nextback 玻

3、尔（玻尔（N.BohrN.Bohr）基于卢瑟福原子模型，原）基于卢瑟福原子模型，原子光谱的试验规律以及普朗克的量子化概念，子光谱的试验规律以及普朗克的量子化概念，于于19131913年提出了新的原子模型并成功地建立年提出了新的原子模型并成功地建立了氢原子理论，说明白氢光谱的产生，玻尔了氢原子理论，说明白氢光谱的产生，玻尔理论还可以精确地推出巴尔末公式，并能算理论还可以精确地推出巴尔末公式，并能算出里德伯常数的理论值。出里德伯常数的理论值。第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 不过当玻尔理论应用于困难一些的原子时不过当玻尔理论应用于困难一些

4、的原子时，就与试验事实产生了较大的出入。这说明，就与试验事实产生了较大的出入。这说明玻尔理论还很粗略，直到玻尔理论还很粗略，直到19251925年量子力学建年量子力学建立以后，人们才建立了较为完善的原子结构立以后，人们才建立了较为完善的原子结构理论。理论。光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 十九世纪中期，物理学理论在当时看来已十九世纪中期，物理学理论在当时看来已经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的物理现象都可以用相应的理论加以说明。物理现象都可以用相应

5、的理论加以说明。物体的宏观机械运动，精确地遵从牛顿力物体的宏观机械运动，精确地遵从牛顿力学规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程；学规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程；热现象有完整的热力学及统计物理学；热现象有完整的热力学及统计物理学；物理学的上空可谓晴空万里，在这种状况下，有很多物理学的上空可谓晴空万里，在这种状况下，有很多人认为物理学的基本规律已完全被揭示，剩下的工作人认为物理学的基本规律已完全被揭示，剩下的工作只是把已有的规律应用到各种具体的问题上，进行一只是把已有的规律应用到各种具体的问题上，进行一些计算而已。些计算而已。光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节

6、：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出现了几朵令人担忧的现了几朵令人担忧的“乌云乌云”，在物理学中，在物理学中出现了一系列令人费解的试验现象。物理学出现了一系列令人费解的试验现象。物理学遇到了严峻的困难，其中两朵最黑的云分别遇到了严峻的困难，其中两朵最黑的云分别是：是：前者前者导致了相对论的诞生，导致了相对论的诞生，后者后者导致了量子导致了量子论的诞生。论的诞生。麦克尔逊麦克尔逊-莫雷试验莫雷试验 和和黑体辐射试验黑体辐射试验结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应

7、光电效应“黑体”辐射第一节：背景学问第一节：背景学问 黑体辐射的经典黑体辐射的经典说明说明18961896年年,维恩以维恩以经典物理为基础经典物理为基础,认认为能量的吸取和放为能量的吸取和放射都是连续的射都是连续的,导出导出了一个公式了一个公式:这个公式在短波部分与试验结果符合的很好这个公式在短波部分与试验结果符合的很好,但是长波部分理论的值偏低但是长波部分理论的值偏低.第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 1900 1900年年瑞利瑞利瑞利瑞利-琼斯琼斯琼斯琼斯仍在经仍在经典物理的基础上建立了另一典物理的基础上建立了另一个理论导出了另一

8、个公式个理论导出了另一个公式:它在长波部分和试验结果符合的较好它在长波部分和试验结果符合的较好,但在但在短波部分给出了太大的数值短波部分给出了太大的数值.就这样经典物理就这样经典物理遭遇到难以克服的困难遭遇到难以克服的困难.为了正确而全面地说明试验结果为了正确而全面地说明试验结果,找到自然找到自然规律规律,必需寻求新的理论必需寻求新的理论.结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 黑体辐射量子说明1900年10月19日，德过物理学家普朗克（Planck）在一次物理学会议上

9、公布了一个公式:上式中的上式中的 h h 就是著名的普朗克常量，其曲就是著名的普朗克常量，其曲线与试验值完全吻合，而这一公式是普朗克依线与试验值完全吻合，而这一公式是普朗克依据试验数据猜出来的。由此公式当据试验数据猜出来的。由此公式当v-0v-0和和v-v-时分别都可得到与瑞利时分别都可得到与瑞利-金斯和维恩公式金斯和维恩公式相同的形式。相同的形式。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 此公式虽然符合试验事实但其在公布时仍此公式虽然符合试验事实但其在公布时仍没有理论依

10、据没有理论依据,就在普朗克公式公布当天，另就在普朗克公式公布当天，另一位物理学家鲁本斯将普朗克的结果与他的一位物理学家鲁本斯将普朗克的结果与他的最新测量数据进行核对，发觉两者以惊人的最新测量数据进行核对，发觉两者以惊人的精确性相符合。精确性相符合。其次天鲁本斯就把这一喜讯告知了普朗克其次天鲁本斯就把这一喜讯告知了普朗克,从从而使普朗克决心：而使普朗克决心：“不惜一切代价，找到一不惜一切代价，找到一个理论说明。个理论说明。”结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 经过近二

11、个月的努力，经过近二个月的努力，普朗克普朗克普朗克普朗克在同年在同年1212月月1414日的一次德国物理学会议上提出：日的一次德国物理学会议上提出：电子辐射能量的假设电子辐射能量的假设:这一概念严峻偏离了经典物理；因此，这一这一概念严峻偏离了经典物理；因此，这一假设提出后的假设提出后的5 5年时间内，没有引起人的留意，年时间内，没有引起人的留意，并且在这以后的十多年时间里，普朗克很懊悔并且在这以后的十多年时间里，普朗克很懊悔当时的提法，在很多场合他还极力的掩饰这种当时的提法，在很多场合他还极力的掩饰这种不连续性是不连续性是“假设量子论假设量子论”。E=nhvE=nhv（n=1,2,3,)?n=

12、1,2,3,)?结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 早在早在18871887年年,德国物理学家赫兹第一个视德国物理学家赫兹第一个视察到用紫光照射的尖端放电特殊简洁发生，察到用紫光照射的尖端放电特殊简洁发生，这事实上是光电效应导致的这事实上是光电效应导致的.由于当时还没有由于当时还没有电子的概念电子的概念,

13、所以对其机制不是很清晰所以对其机制不是很清晰.1 1对确定金属有一个临界频率对确定金属有一个临界频率v0,v0,当当0 0 0 时，无论光多弱，马上有光电时，无论光多弱，马上有光电子产生；子产生；3 3光电子能量只与照射光的频率有关。光强光电子能量只与照射光的频率有关。光强只影响光电子的数目。只影响光电子的数目。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型19021902年，法国物理学家林纳（年，法国物理学家林纳（LenaralLenaral）发觉，）发觉，光电效应的试验规律

14、不能用已有的波动说理光电效应的试验规律不能用已有的波动说理论加以说明论加以说明,经典物理认为光是一种波动经典物理认为光是一种波动,其其能量连续分布在波前上；能量连续分布在波前上；当光照射在电子上时当光照射在电子上时,电子得到并不断积聚能电子得到并不断积聚能量量,当电子积聚的能量达到确定程度时，它就当电子积聚的能量达到确定程度时，它就能脱离原子核的束缚而逸出，但能量的积聚能脱离原子核的束缚而逸出，但能量的积聚是须要时间的。是须要时间的。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模

15、型例如例如,用光强为用光强为 的光照到钠金属表的光照到钠金属表面面,依据经典理论的推算依据经典理论的推算,至少要至少要 秒（约秒（约合合120120多天）的时间来积聚能量多天）的时间来积聚能量,才会有光电才会有光电子产生；事实上子产生；事实上,只要只要0,0,就马上有光电就马上有光电子产生子产生,可见理论与试验产生了严峻的偏离可见理论与试验产生了严峻的偏离.此外，依据经典理论，确定电子能量的是光此外，依据经典理论，确定电子能量的是光强强,而不是频率而不是频率.但试验事实却是：但试验事实却是：暗淡的蓝光照出的电子能量尽然比猛烈的暗淡的蓝光照出的电子能量尽然比猛烈的红光照出的电子能量大红光照出的电

16、子能量大.结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 1905 1905年年,爱因斯坦（爱因斯坦（EinsteinEinstein）发展了普朗）发展了普朗克（克（PlanckPlanck）的量子说，指出光以粒子的形式）的量子说，指出光以粒子的形式-光子光子存在和传播。一个光子的能量为存在和传播。一个光子的能量为E=hvE=hv，因此，光电效应中能量满足关系式，因此，光电效应中能量满足关系式:(4)(4)式表明：对于给定的金属式表明：对于给定的金属(给定给定)，T T 与与成

17、线性关系。直线的斜率就是成线性关系。直线的斜率就是 h h,所以对不同所以对不同的靶来说，这条线的斜率是相同的。的靶来说，这条线的斜率是相同的。(4)(4)结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 1916 1916年，美国物理学家密立根通过试验，年，美国物理学家密立根通过试验，证明白证明白(4)(4)式的正确性式的正确性,并精确测定了普朗克并精确测定了普朗克常数常数h h；但他还是认为：；但他还是认为：尽管爱因斯坦的公尽管爱因斯坦的公式是成功的式是成功的,但其物理理论完

18、全站不住脚但其物理理论完全站不住脚.不仅如此，不仅如此，19131913年包括普朗克在内的德国最年包括普朗克在内的德国最著名的物理学家也都认为，爱因斯坦的光量著名的物理学家也都认为，爱因斯坦的光量子理论是他在思辩中子理论是他在思辩中 迷失了方向迷失了方向.结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 可见一个新的理论要被人们所接受是何等的可见一个新的理论要被人们所接受是何等的困难。然而，历史很快作出了推断，困难。然而，历史很快作出了推断，19221922年，年，爱因斯坦因光电

19、效应获诺贝尔物理奖。爱因斯坦因光电效应获诺贝尔物理奖。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应习题习题2.1 铯的逸出功为铯的逸出功为1.9eV，试求：，试求：(1)铯的光电效应阈频率及阈值波长；铯的光电效应阈频率及阈值波长；(2)假如要得到能量为假如要得到能量为1.5eV的光电子，必需运用多少波的光电子，必需运用多少波长的光照射长的光照射?解答（解答（1）mv2/2=h-W 当当h=W时，时，为光电效应的为光电效应的最低频率（阈频率），即最低频率（阈频率），即 =W/h=1.91.610-19/6.62610-34=4.591014 hc/=w =hc/w=6

20、.5410-7(m)(2)mv2/2=h-W 1.5=h-1.9 =3.4/h =c/=hc/3.4(m)=3.6510-7m第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 粒子的大角度散射，确定了原子核的存粒子的大角度散射，确定了原子核的存在，但核外电子的分布及运动状况仍旧是个在，但核外电子的分布及运动状况仍旧是个迷，而光谱是原子结构的反映，因此探讨原迷，而光谱是原子结构的反映，因此探讨原子光谱是揭示这个迷的必由之路。子光谱是揭示这个迷的必由之路。（1 1）电磁波谱）电磁波谱结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应

21、第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型（2 2）光谱的观测）光谱的观测光谱发出的光谱线可通过光谱议进行观测和光谱发出的光谱线可通过光谱议进行观测和记录，它既可把记录，它既可把射线按不同波长分析，又可射线按不同波长分析，又可记录不同光谱线的强度。记录不同光谱线的强度。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型（3 3）光谱的分类不同的光源有不同的光谱，）光谱的分类不同的光源有不同的光谱，发出机制也不尽相同，依据波长的变更状

22、况，发出机制也不尽相同，依据波长的变更状况，大致可分为三类：大致可分为三类：线光谱：波长不连续变更，此种为原子光谱；线光谱：波长不连续变更，此种为原子光谱；带光谱：波长在各区域内连续变更，此为分带光谱：波长在各区域内连续变更，此为分子光谱；子光谱；连续谱连续谱：固体的高温辐射。：固体的高温辐射。结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：背景学问第一节：背景学问其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 光谱分析是探讨原子内部结构重要手段之光谱分析是探讨原子内部结构重要手段之一一,牛顿早在牛顿早在17041704年说过，若要了解物质内部年说

23、过，若要了解物质内部状况状况,只要看其光谱就可以了只要看其光谱就可以了.光谱是用光谱仪光谱是用光谱仪测量的测量的,光谱仪的种类繁多光谱仪的种类繁多,基本结构几乎相同基本结构几乎相同,大致由光源、分光器和记录仪组成大致由光源、分光器和记录仪组成.上图是棱上图是棱镜光谱仪的原理图镜光谱仪的原理图.结束书目nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应其次节：玻尔模型其次节：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型其次章：原子的量子态：玻尔模型 1913 1913年，卢瑟福用年，卢瑟福用粒子散射试验证明白粒子散射试验证明白核的存在，但是电子在核外的运动情形如何，核的存在，但是电子在核

24、外的运动情形如何，却没有一个合理的模型，假如设想电子绕核却没有一个合理的模型，假如设想电子绕核运动，便无法说明原子的线光谱和原子坍缩运动，便无法说明原子的线光谱和原子坍缩问题，经典理论在探讨原子结构时遇到了难问题，经典理论在探讨原子结构时遇到了难以逾越的障碍。以逾越的障碍。当时，年仅当时，年仅2828岁的玻尔（岁的玻尔（N.BohrN.Bohr）刚从丹麦）刚从丹麦的哥本哈根高校获博士学位，就来到卢瑟福的哥本哈根高校获博士学位，就来到卢瑟福试验室，他认定原子结构不能由经典理论去试验室，他认定原子结构不能由经典理论去找答案，正如他自己后来说的：找答案，正如他自己后来说的：我一看到巴我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说就全部清晰了。尔末公式，整个问题对我来说就全部清晰了。”结束书目nextback氢光谱的氢光谱的说明说明玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动