大学物理原子及微观粒子性质知识讲稿教程文件.ppt

* 第五章 物质结构基础 ★ 原子结构的近代概念 ★ 多电子原子的电子分布方式和周期系 ★ 化学键与分子间相互作用力 ★ 晶体结构 * 5.1 原子结构的近代概念 一.原子结构理论的发展概况 从小家境很穷，少年时代自学，12岁在乡村学校教书； 自学数学、哲学、希腊文、法文和拉丁文等； 27岁移居曼彻斯特，从此，这个没有受过高等教育的人开始在大学里讲授数学和哲学； 1816年当选法国科学院通讯院士，1822年成为皇家学会会员； 道尔顿一生大量的工作就是观察天气，他一生记录了20万条观察记录。 1801年总结出气体分压定律； 1803年发表化学原子论，认为元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成； * 一.原子结构理论的发展概况 1885年 天然放射性 1897年 电子 1895年 X射线 物理学上 三大发现 汤姆逊 (Thomson， Joseph John) (1856~1940) 英国物理学家 1906年诺贝尔物理学奖 贝克勒尔 (Becquerel，Antoine Henri，1852~1908) 法国物理学家，1903年诺贝尔物理学奖 伦琴 (Wilhelm Konrad Rontgen) (1854~1923) 德国物理学家 1901年诺贝尔物理学奖 1. 19世纪末物理学的三大发现 * 一.原子结构理论的发展概况 出生于新西兰，毕业于新西兰大学和剑桥大学； 1898年任加拿大马克歧尔大学物理学教授，这期间他在放射性方面的研究贡献很多； 1907年任曼彻斯特大学物理学教授； 1908年因对放射化学的研究获诺贝尔化学奖； 1919年任剑桥大学教授，并任卡文迪许实验室主任； 1909年他指导他的两个学生做了著名的实验：用?粒子轰击金箔，从而提出含核原子模型：原子核带正电，位于原子中心，电子在它的周围旋转，于1911年发表。 2. 原子的含核模型(1911年) 卢瑟福 (Ernest Rutherford) (1871-1937) 英籍新西兰物理学家 * 一.原子结构理论的发展概况 1911年获哥本哈根大学博士学位后开始研究金属中电子运动的理论； 1911年进入剑桥大学和曼彻斯特大学深造，并结识了良师益友卢瑟福； 玻尔大胆地把卢瑟福的模型和普朗克的量子理论结合起来，把原子只用于能量的量子概念推广的到角动量，创立了量子化轨道原子结构理论；为以后各种物理量的量子化打开了大门； 1913年初，玻尔提出了他著名的原子理论，这个理论随即被用于分析各种谱线，获得了巨大的成功； 因他对原子结构模型的研究成果，他获得了1922年的诺贝尔物理奖。 3. 原子结构的玻尔模型(1913年) 玻尔 (Niel H.D.Bohr) (1885-1937) 丹麦物理学家 4. 原子结构的波动力学方程(1926年)－薛定谔方程 * 二.微观粒子的运动特征－波、粒二象性 1. 光的波、粒二象性 (1) 光的波动性 (2) 光的微粒性 (1900年)Plank公式： E = hv 光的能量与 频率的关系 普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(如1, 2, 3等)一份一份地吸收或释出光能, 而不可能是0.5, 1.6, 2.3等任何非整数倍－能量量子化概念。 h为普朗克常数， h =6.626?10-34J·s-1 普朗克 (Max Karl Ernst Ludwig Planck) (1858~1947) 德国物理学家 1918年诺贝尔物理学奖 * (2) 光的微粒性 (1905年)Einstein 光子学说： E = mc2 爱因斯坦认为, 入射光本身的能量也按普朗克方程量子化, 并将这一份数值为1的能量叫光子(photons)。 c = ?v?? hv = mc2 = mc?v ? ? = h / mc 爱因斯坦 (Albert Einstein) (1879~1955) 德裔美国科学家 二.微观粒子的运动特征－波、粒二象性 1. 光的波、粒二象性 * 二.微观粒子的运动特征－波、粒二象性 2. 微粒的波、粒二象性 德布罗依 (L.de Broglie) 法国物理学家 λ= h / mv 体现粒子波动性 体现粒子粒子性 戴维逊 (Davission) 美国物理学家 1927年，美国Davission和Germeer应用Ni晶体 进行电子衍射实验，证实了电子具有波动性。 * 电子通过Al箔(a)和石墨(b)的衍射图 物质波或德布罗依波 ★ 微观粒子遵循特有的运动特征和规律，即能量的量子化、 波粒二象性和统计性。 ★ 空间任意一点物质波的强度与微粒出现的几率密度成正比。 ★ 物质波是具有统计性的几率波（概率波）。 二.微观粒子的运动特征－波、粒二象性 2. 微粒的波、粒二象性 * 核外运动的