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玻尔理论是什么?如何解释其内容与应用?
发表日期:2019-05-29 05:12| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:4亿+用户的选择 4亿+用户的选择 4亿+用户的选择 1.玻尔理论 玻尔理论,关于原子布局的一种理论.1913年由玻尔提出.是在卢瑟福原子模子根本上加上普朗克的量子概念后成立的.要点是: (1)原子核外的电子只能在某些划定的轨道上绕转,此时并不发光; (2)电子从高能

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  1.玻尔理论

  玻尔理论,关于原子布局的一种理论.1913年由玻尔提出.是在卢瑟福原子模子根本上加上普朗克的量子概念后成立的.要点是:

  (1)原子核外的电子只能在某些划定的轨道上绕转,此时并不发光;

  (2)电子从高能量的轨道跳到低能量的轨道时,原子发光.

  具体来说,玻尔理论包罗三条假说

  1、原子能量的量子化假设:原子只能处于一系列不持续的能量形态中,在这些形态中的原子是不变的,电子虽然做加快活动,但并不向外辐射能量.

  2、原子能级的跃迁假设:原子从一个定态跃迁到另一个定态时,原子辐射必然频次的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定.

  3、原子中电子活动轨道量子化假设:原子的分歧能量形态对应于电子的分歧运转轨道.因为原子的能量形态是不持续的,因而电子活动的轨道也可能是不持续的,即电子不克不及在肆意半径的轨道上活动

  玻尔理论的长处:

  成功注释了氢原子光谱不持续的特点,注释了其时呈现的紫外灾难.

  玻尔理论的局限性

  这个理论本身仍是以典范理论为根本,且其理论又与典范理论相抵触.它只能注释氢原子的光谱,在处理其他原子的光谱是就碰到了坚苦,如把理论用于非氢原子时,理论成果与尝试不符,且不克不及求出谱线的强度及相邻谱先之间的宽度.这些缺陷次要是因为把微观粒子(电子,原子等)看作是典范力学中的质点,从而把典范力学纪律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的.

  “玻尔理论”的提出,打破了典范物理学一统全国的场合排场,开创了揭示微观世界根基特征的前景,为量子理论系统奠基了根本,这是一种了不得的创造,不愧为爱因斯坦的评价--玻尔的电子壳层模子是思惟范畴中最高的音乐神韵.

  2.注释其内容与使用:

  卢瑟福的原子核式布局模子能成功地注释 粒子散射尝试,但无法注释原子的不变性和原子光谱是明线年玻尔提出了开创性的三个假设:

  (1)定态假设:原子只能处于一系列不持续的能量的形态中,在这些形态华夏子是不变,电子虽然绕原子核做圆周活动,但并不向外辐射能量,这些形态叫定态.

  (2)跃迁假设:电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道上时,会辐射或接收必然频次的光子,能量由这两种定态的能量差来决定,即

  (3)角动量量子化假设:电子绕核活动,其轨道半径不是肆意的,只要电子的轨道角动量(轨道半径r和电子动量mv的乘积)满足下列前提的轨道才是可能的:

  n=1,2,3……

  式中的n是正整数,称为量子数.

  4.玻尔理论在氢原子中的使用

  (1)氢原子核外电子轨道的半径

  设电子处于第n条轨道,轨道半径为r,按照玻尔理论的角动量量子化假设得

  n=1,2,3…… (1)

  电子绕原子核作圆周活动时,由电子和原子核之间的库仑力来供给向心力,所以有

  由(1)(2)式可得

  n=1,2,3……

  当n=1时,第一条轨道的半径为

  =5.3×10 –11m

  其他可能的轨道半径为

  ,4r1 ,9r1 , 16r1 , 25r1 …

  (2)氢原子的能级

  当电子在第n条轨道上活动时,原子系统的总能量E叫做第n条轨道的能级,其数值等于电子绕核动弹时的动能和电子与原子核的电势能的代数和

  En = (3)

  由(2)式得

  将(4)式代入(3)式得

  En = (5)

  这就是氢原子的能级公式

  当n=1时,第一条轨道的能级为

  E1 = = —13.6eV

  其他可能轨道的能级为

  E n= = eV n=2,3,4……

  由轨道的半径表达式能够看出,量子数n越大,轨道的半径越大,能级越高.n=1时能级最低,这时原子所处的形态称为基态,n=2,3,4,5……时原子所处的形态称为激发态.

  (3)玻尔理论对氢光谱的注释

  由玻尔理论可知,氢原子中的电子从较高能级(设其量子数为n)向较低能级(设其量子数为m)跃迁时,它向外辐射的光子能量为

  辐射的光子频次为

  将上式改写为

  将上式和里德伯公式做比力得

  R= =1.097373×10 7 m –1

  这个数据和尝试所得的数据1.0967758×10 7m-1根基分歧.因而用玻尔理论能较好地注释氢原子的光谱纪律,包罗氢光谱的各类线系.例如:赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系等的纪律.当然,玻尔理论也有局限性,它在注释两个以上电子的比力复杂的原子光谱时碰到坚苦.后来降生了量子理论——量子力学,在量子力学中,玻尔理论中的电子轨道,只不外是电子呈现机遇最多的处所.

  (四)原子的受激辐射——激光

  原子辐射有两种景象:(1)自觉辐射:处于激发态E2的原子,因为不不变自觉地跃迁到低能的E1上,同时辐射光子.光子的能量为 = ,通俗的光源发光就属于这种辐射.它辐射的光子相互能独立,发射的标的目的和初相位都不不异,所以我们能够从各个标的目的看到它发出的光.(2)受激辐射;当原子处于激发态E2时刚好有能量为 = 的光子趋近它,原子就可能遭到此外来光子的激励而跃迁到低能态E1上,同时发射出一个和外来光子完全一样的光子.

  激光就是由受激辐射发生的,一个入射光子因为惹起受激辐射能够获得两个同样的光子,若是这两个光子在媒质中传布时再惹起其他原子发生受激辐射,就会发生越来越多的不异的光子,使光获得加强,这就是激光,激光具有高单色性、高相关性、高亮度、并且标的目的性好.

  二.原子核

  (一)放射性元素的衰变

  一些不不变的原子核会自觉地改变成另一种原子核同时放出射线,凡是有 射线、 射线和 射线. 射线是氦原子核构成的粒子流, 射线是高速的电子流, 射线是波长很短的电磁波.原子核因为放出某种粒子而改变成新核的过程叫衰变.

  原子核是一个量子系统,核衰变是原子核自觉发生的变化,是一个量子跃迁的过程,它从命量子力学的统计纪律.对任何一个放射性元素,它发生衰变的时辰是不成预告的,但对足够多的统一种放射性元素的调集,作为一个集体,它的衰变纪律是则是十分切确的.用N0暗示初始时的原子核数,经t时间后衰变的原子核数为N,则有

  N = N0 (1)

  这就是放射性衰变从命的指数衰减纪律,式中 代表一个原子核在单元时间内发生衰变的几率,称为衰变常数.

  放射性元素衰变有必然的速度,我们把放射性元素的原子核有对折发生衰变需要的时间叫半衰期T.即当t = T时,有 ,由(1)式可得

  对某种确定的放射性元素,原子核发生衰变的时间有早也有晚,它们具有的时间纷歧样.理论上常用平均寿命 来暗示放射性元素在衰变前的平均保存时间,放射性元素的平均寿命可暗示为

  原子核放出射线后本身就发生衰变,在衰变过程中,质量数、电荷数、能量、动能是守恒的.按照质量数和电荷数的守恒定律,能够鉴定衰变的产品;按照能量守恒定律,连系衰变前后粒子的质量,能够求出衰变过程中所放出的能量.

  (二)原子核的连系能与质能方程

  核子在连系成原子核时,因为有强大的核力感化,必需释放必然的能量.反之,将原子核分化成核子时,则要接收同样多的能量,这个能量叫原子核的连系能.因为核子连系成原子核时放出告终合能,因而核的质量跟构成它的核子的质量比力起来就要小一些,设由Z个质子、N个中子构成的原子核,其质量为M,若是这Z个质子,N个中子是分离的,总质量应为Z m p + N m n,则由分离到连系在一路质量相差

  这叫做原子核连系过程的质量吃亏.

  由爱因斯坦的相地论的质能方程有

  E= m c2

  这个方程暗示物体的的能量添加 E,那么它的质量也响应地添加 ,反之亦然.式中c为真空中的光速.

  所以在原子核连系过程中,质量吃亏与能量变化的关系为

  E= m c2

  这就是原子核的连系能.原子核的连系能与其核子数之比叫每个核子的平均连系能.分歧原子核的平均连系能分歧,轻核和重核的平均连系能都较小,中等质量数的原子核,平均连系能较大,质量数为50—60的原子核平均连系能最大.

  (三)核的裂变和聚变

  1.重核的核子平均连系能比中等质量的核的核子平均连系能小,因而重核割裂成中等质量的核时,会有一部门原子核连系能释放出来,这种核反映叫裂变,如铀核裂变.傍边子冲击铀235后,应构成处于激发形态的复核,复核裂变为质量差不多相等的碎片,同时放出2—3个中子和原子核连系能

  U+ n Xe + Sr + 2 n + 200Mev

  这些中子如能再惹起其它铀核裂变,就可使裂变反映不竭地进行下去,这种反映叫链式反映,释放出大量的能量.原枪弹、原子反映堆等安装就是操纵U核裂变的道理制成的.链式反映要不竭进行下去的一个主要前提是每个核裂变时发生的中子数要在一个以上.

  2.轻的原子核变成较重的原子核时,也会释放出更多的原子核连系能,这种轻核连系成质量较大的核叫做聚变.如:

  H+ H He + n + 17.6Mev

  使核发生聚变,必需使它们接近到10-15米.一种法子是把核加热到很高温度,使核的热活动协能足够大,可以或许降服彼此间的库仑斥力,在互相碰撞中接近到能够发生聚变的程度,因而,这种反映又叫做热核反映.氢弹是按照聚变的道理制成的.

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