Слайд 1Фотоны
Фотон - элементарная частица, которая движется со скоростью света и
имеет энергию
Слайд 2Масса фотона
Масса покоя фотона равна нулю.
Массу движущегося фотона найдем из
закона взаимосвязи массы и энергии:
Слайд 4Давление света
Петр Николаевич ЛЕБЕДЕВ
(1866—1912)
Основатель выдающейся школы физиков Московского университета. Блестящий
экспериментатор. Первым измерил давление света на твердые тела, экспериментально доказав
наличие импульса у электромагнитного излучения.
«Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот … Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами» (У. Томсон).
Слайд 6Если в единицу времени на единицу площади поверхности с коэффициентом
отражения падает N фотонов, то
N фотонов отразится,
а
(1- N) фотонов поглотится.
Слайд 7Е - энергия N фотонов,
падающих на 1 м2 в
1 с.
Давление света
Слайд 8Давлением света объясняется форма кометных хвостов.
Слайд 10Гипотеза де Бройля
В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу
об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: не только фотоны, но и любые
частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами.
Слайд 11Связь величин, описывающих корпускулярные и волновые свойства частиц та же,
что и для фотонов:
Слайд 12Длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы
и ее скорость.
Пусть m = 1 г, v = 1 м/с,
тогда
Волновые свойства никак не проявляются в механике макроскопических тел.
Слайд 13Для электрона с энергиями от 10 эВ до 104 эВ длины волн
де Бройля лежат в интервале
как для рентгеновского излучения. Для
таких электронов должна наблюдаться дифракция на кристаллах.
Слайд 14Первое экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927
году в опытах
К. Дэвиссона и Л. Джермера.
Было установлено,
что электроны дифрагируют на кристалле никеля, причем именно так, как должно быть для волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.
Слайд 16Дифракция электронов при прохождении через очень тонкий слой серебра
Слайд 18Соотношение неопределенностей Гейзенберга
Слайд 19Рассмотрим дифракцию электронов на щели.
Слайд 20Пусть условно все электроны летят в центральный максимум.
Координата х каждого
электрона точно не известна. Неопределенность координаты равна ширине щели х.
Компонента
импульса по х также неизвестна. Запишем ее как рх.
Слайд 21Запишем условие первого минимума:
Слайд 22Получим:
С учетом других максимумов произведение
будет больше.
Слайд 23Соотношения неопределенностей Гейзенберга:
Слайд 24Для квантовой частицы неправомерно говорить об одновременных значениях ее координаты
и импульса. Чем точнее определена какая-либо из координат, тем больше
неопределенность в определении импульса (или скорости) в том же направлении, и наоборот. Понятие траектории для квантовой частицы теряет смысл.
Слайд 25Если ΔX→0, то ΔP→
Если ΔP→0, то ΔX→
Слайд 26Для энергии частицы W и времени:
Если Δt→0, то ΔW→
Слайд 28Гипотеза о том, что вещества состоят из атомов, впервые была
высказана Левкиппом и Демокритом примерно в IV веке до н.
э.
Слайд 29МОДЕЛИ АТОМА
Ранние модели:
1) Модель Томсона – “булочка с изюмом”
Томсон
предложил рассматривать атом как положительно заряженное тело с заключёнными внутри
него электронами. Впоследствии модель была опровергнута опытами Резерфорда.
2) Планетарная модель Нагаоки
В 1904 году Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн: вокруг маленького положительного ядра вращались электроны, объединённые в кольца.
Модель оказалось ошибочной, но послужила основой модели атома Резерфорда.
Слайд 30Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц
Эрнст Резерфорд
Слайд 31Альфа-частица образована 2-мя протонами и 2-мя нейтронами, заряжена положительно. Идентична
ядру атома гелия (4He2+).
Слайд 32Резерфорд направил поток α-частиц на золотую фольгу толщиной около 0,1
мкм. Большинство частиц пролетели сквозь фольгу, но некоторые отклонились на
очень большие углы вплоть до 180 град.
Слайд 33Резерфорд сделал вывод:
Причиной рассеяния α-частицы является ее взаимодействие с малой
по размеру положительно заряженной частью атома - ядром.
В ядре
сосредоточена почти вся масса атома и весь его положительный заряд.
Слайд 34Планетарная модель атома Резерфорда
Атом представляет собой подобие планетной системы, в
которой электроны движутся по орбитам вокруг тяжёлого положительно заряженного ядра..
Слайд 35Неустойчивость атома Резерфорда
Согласно классической электродинамике электрон при движении с центростремительным
ускорением должен излучать электромагнитные волны и терять энергию.
В итоге
он упадёт на ядро.
Слайд 36Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести особые предположения
– постулаты.
Слайд 37Теория водородоподобного атома по Бору
При построении теории Бор опирался на
опыт Резерфорда и данные по спектрам атомарных газов. Согласно опыту
эти спектры линейчатые.
Слайд 38
Водородоподобный атом – это атом с одним внешним электроном: Na,
K, Rb, Cs.
Спектр атома – это набор излучаемых или
поглощаемых частот.
Слайд 39Спектр атома водорода образован сериями линий. Линии сгущаются к высокочастотной
границе серии.
В видимой области наблюдается
серия Бальмера.
Еще одна
серия есть в УФ области. А в ИК диапазоне – много серий.
ИК
УФ
видимый свет
Серии: … Брэкета Пашена Бальмера Лаймана
Слайд 40Бальмер подобрал формулу для частот спектральных линий:
Для серии Бальмера
m = 2, n = 3, 4, 5, ... .
Для серии Лаймана m = 1, n = 2, 3, 4, ... .
R -
постоянная Ридберга
R = 3,3·1015 Гц.
Слайд 41Постулаты Бора
Атом может находится только в особых стационарных или квантовых
состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Wn.
В стационарных
состояниях атом
не излучает.
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний)
Слайд 42Второй постулат Бора (правило частот)
При переходе атома из одного стационарного
состояния с энергией Wn в другое с энергией Wm излучается
или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий этих состояний.
Слайд 43Квант света поглощается
Квант света излучается
Слайд 44Третий постулат (квантование орбит)
Момент импульса электрона в атоме принимает только
дискретные значения, кратные постоянной Планка:
m – масса электрона,
vn – его скорость на орбите радиуса rn , n = 1, 2, 3 …
Слайд 46Радиус ближайшей к ядру орбиты называют
первым боровским радиусом.
заряд ядра,
Слайд 47Полная энергия электрона в атоме:
Энергия электрона на первой боровской орбите
в атоме водорода:
Слайд 48Энергия электрона в атоме отрицательна. При удалении от ядра она
стремится к нулю.
Слайд 49Частота излучения при переходе с n-го
на m-й уровень энергии:
R=3,3∙1015
Гц - частотная константа Ридберга, ее значение совпало с угаданным
Бальмером
Длина волны :
R’=1,1∙107 м-1 - волновая константа Ридберга
Слайд 52Для серии
Лаймана m=1, n=2, 3, 4,….
Бальмера m=2, n=3, 4, 5….
Пашена
m=3, n=4, 5, 6,….