Bài giảng Vật lí hiện đại: Chương 3 - Huỳnh Nguyễn Phong Thu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lí hiện đại - Chương 3 Lý thuyết cổ điển về vật lý nguyên tử, cung cấp cho người học những kiến thức như: Mẫu nguyên tử của thomson; mẫu hành tinh nguyên tử; tính không ổn định của mẫu hành tinh nguyên tử; sự hấp thụ và phát xạ photon; nguyên tử hydro;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lí hiện đại: Chương 3 - Huỳnh Nguyễn Phong Thu

VẬT LÝ HIỆN ĐẠI CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT CỔ ĐIỂN VỀ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ GV: Huỳnh Nguyễn Phong Thu Email: hnpthu@hcmus.edu.vn SĐT: 0903122520 1
MẪU NGUYÊN TỬ CỦA THOMSON Ø Nguyên tử có dạng hình cầu, kích thước bậc Angstron Ø Tích điện dương Ø Electron phân bố đều bên trong nguyên tử Thomson Mô hình nguyên tử của Thomson-pudding 2
THÍ NGHIỆM RUTHERFORD Kết quả thí nghiệm: Dự đoán theo Thomson: Đa số các hạt alpha xuyên qua lá vàng, số ít bị Hầu hết hạt alpha sẽ lệch với góc rất lớn, thậm chí bay ngược lại è xuyên qua lá vàng sai với mô hình Thomson 3
MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ Suy luận của Rutherfod: Ø Đa số hạt alpha xuyên qua lá vàng è nguyên tử có phần lớn là không gian trống rỗng ngoài các điện tích Ø Góc tán xạ lớn è các điện tích dương tập trung tại tâm nguyên tử tạo thành hạt nhân nguyên tử, chiếm gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử Ø Các electron chuyển động xung quanh Ze Z 4 Mô hình hành tinh nguyên tử Rutherford
TÍNH KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ Ø Làm thế nào electron có thể chuyển động bên ngoài hạt nhân khi có lực hút tĩnh điện Ø Tại sao các điện tích dương trong hạt nhân liên kết chặt với nhau khi có lực đẩy tĩnh điện Ø Năng lượng photon phát ra là liên tục trong khi thời điểm này người ta đã đo phổ của vài nguyên tố là gián đoạn 5
MẪU NGUYÊN TỬ BOHR Ø Electron chỉ được phép chuyển động và dịch chuyển trên các quỹ đạo được phép quanh hạt nhân Ø Moment động lượng của electron bị lượng tử hóa Ø Electron chỉ hấp thụ hoặc phát xạ các photon có năng lượng xác định 6
SỰ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ PHOTON = − 7
NGUYÊN TỬ HYDRO Lực Coulomb: 1 = = = 9.10 4 Lực Coulomb cân bằng với lực ly tâm: Thế năng electron: = ⇒ = Động năng electron: 1 =− = 2 Năng lượng toàn phần của lectron: = + = − =− 2 2 E
NGUYÊN TỬ HYDRO Moment động lượng của electron bị lượng tử hóa: = = ℏ ℏ Bán kính quỹ đạo của electron: = ℏ ⇒ = = ℏ = = 0, 0529.10 = 0,0529 nm a0 là bán kính Borh 9
NGUYÊN TỬ HYDRO Các mức năng lượng trong nguyên tử Hydro: 1 =− 2 13,6 =− eV E1=13,6 eV là năng lượng ion hóa Năng lượng photon phát xạ hoặc hấp thụ: =ℎ = − 1 1 = 13,6 − eV 10
CÔNG THỨC BALMER- RYDBERG 1 1 1 Balmer đề xuất: = − 2 Rydberg phát triển: 1 1 1 = − Công thức Balmer - Rydberg: 1 1 = ℎ − Hằng số Rydberg: = 0,011 11
ÁP DỤNG CHO NGUYÊN TỬ KHÁC Bán kính quỹ đạo của electron ở trạng thái n của nguyên tử có nguyên tử số Z: = Mức năng lượng của nguyên tử ở trạng thái n: =− 2 12
BÀI TẬP Bài 1: Nguyên tử Hidro ban đầu đứng yên ở trạng thái n=3, sau đó phân rã đến trạng thái cơ bản và phát ra một photon, a) tính bước sóng của photon phát ra, b) tính động lượng giật lùi của nguyên tử. Bài 2: Nguyên tử Hidro đang ở TTKT thứ nhất. Dùng lý thuyết Bohr, tính: a) bán kính quỹ đạo ở TT này, b) động lượng của electron, c) moment động lượng của electron, d) động năng của electron, e) thế năng của electron, f) năng lượng toàn phần của electron. Bài 3: Bốn phép dịch chuyển được phép của nguyên tử Hidro như sau: I. ni=1, nf=5 II. Ni=5, nf=3; III. Ni=7, nf=4; IV. Ni=4, nf=7 Trong đó ni là TT đầu, nf là TT cuối a) Phép dịch chuyển nào phát ra photon có bước sóng ngắn nhất? ; b) Phép dịch chuyển nào thu năng lượng nhiều nhất?; c) Phép dịch chuyển nào nguyên tử mất năng lượng? Bài 4: Xét một nguyên tử Hidro. Tính tần số photon phát ra khi nguyên tử dịch chuyển từ TT ni=3 về nf=1. So sánh số này với tần số electron chuyển động trên quỹ đạo n=2. 13
BÀI TẬP Bài 5: Tính bước sóng dài nhất và ngắn nhất trong Lyman, Balmer và Paschen Bài 6: Electron và photon ban đầu đứng yên, sau đó kết hợp với nhau để hình thành nguyên tử Hidro ở TTCB và phát ra một photon. Tính bước sóng photon phát ra. Bài 7: Tìm bước sóng ngắn nhất và dài nhất trong dãy Balmer. Có photon nào trong dãy Lyman nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy không? Bài 8: Nguyên tử Hidro đang ở TTCB thì hấp thụ photon và nhảy lên TT n=4. Tính tần số photon bị hấp thụ. Bây giờ các electron đồng thời trở về TTCB. Tính các tần số có thể có của photon phát ra trong quá trình này. Bài 9: Một electron va chạm với nguyên tử Hidro ở TTCB và làm cho nguyên tử nhảy lên TTKT n=3. Có bao nhiêu năng lượng truyền cho nguyên tử Hidro trong va chạm này 14
BÀI TẬP Bài 10: a) Tìm tần số vòng của electron ở quỹ đạo n1=1 và n2=2; b) Tính tần số photon phát ra khi electron dịch chuyển từ quỹ đạo ni=2 về nf=1; c) Một electron tiêu tốn khoảng 10-8 s trên TTKT trước khi nó về TT thấp hơn bằng cách phát ra một photon. Có bao nhiêu vòng mà electron thực hiện được trong 10-8 s trên quỹ đạo n=2. Bài 11: Tìm bước sóng của vạch phổ ứng với phép dịch chuyển từ TT n=10 về TTCB. Vạch phổ này thuộc dãy phổ nào trong thang sóng điện từ? Bài 12: Nguyên tử Hidro đang ở TTCB được bắn phá bởi chùm electron. Phải gia tốc cho electron một hiệu thế bằng bao nhiêu để có vạch đầu tiên trong dãy Balmer phát ra? Bài 13: Bước sóng dài nhất trong dãy Lyman là 121,5 nm và bước sóng ngắn nhất trong dãy Balmer là 364,6 nm. Tính bước sóng ngắn nhất của ánh sáng kích thích có thể ion hóa nguyên tử Hidro. Bài 14: Tính bước sóng ngắn nhất và dài nhất trong dãy Lyman của ion He+. 15
BÀI TẬP Bài 15: Một electron trong ion He+ đang ở TT n=8; a) Tìm ba bước sóng dài nhất mà nguyên tử phát ra khi di chuyển từ n=8 về các TT thấp hơn; b) Tìm bước sóng ngắn nhất mà nguyên tử có thể phát ra; c) Tìm ba bước sóng dài nhất mà electron đang ở TT n=8 sẽ hấp thụ một photon và nhảy lên TT cao hơn; d) Tìm bước sóng ngắn nhất mà electron có thể hấp thụ được. Bài 16: Cho biết bước sóng ứng với vạch thứ nhất trong dãy Lyman là l1 = 1215Ao và bước sóng ứng với vạch ranh giới của dãy Balmer l2= 3650Ao. Hãy tính năng lượng ion hóa của nguyên tử Hydro. Bài 17: Nguyên tử Hydro có 1 electron ở trạng thái n=5. Nếu electron trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát ra photon, tính số photon tối thiểu nguyên tử có thể phát ra. Tính số photon lớn nhất mà nguyên tử có thể phát ra. 16
BÀI TẬP Bài 18: Nguyên tử Hydro đang ở trạng thái cơ bản hấp thụ một photon năng lượng 12,1eV. Hỏi nguyên tử chuyển đến trạng thái kích thích nào? Bài 19: Nguyên tử H đang ở trạng thái cơ bản hấp thụ photon có bước sóng 97nm. Sau đó nguyên tử phát ra một hay nhiều photon để trở về TTCB. a) Giả sử nguyên tử lúc đầu đứng yên, tính tốc độ của nguyên tử giật lùi sau khi hấp thụ photon. b) Có bao nhiêu cách nguyên tử trở về TTCB. Tính bước sóng photon phát ra ứng với mỗi cách và nhận dạng các photon này thuộc dải bức xạ điện từ nào. Bài 20: Nguyên tử của một nguyên tố phát ra ánh sáng có bước sóng 520nm khi rơi từ TTKT thứ 5 về TTKT thứ 2. Nguyên tử phát ra ánh sáng có bước sóng 410nm khi rơi từ TTKT thứ 6 về TTKT thứ 2. Tìm bước sóng của ánh sáng phát ra khi nguyên tử rơi từ TTKT thứ 6 đến TTKT thứ 5 17
THE END 18