Микромир. Молекулы, атомы, элементарные частицы. (Тема 2)

Содержание

Слайд 2

Опыт Резерфорда по рассеянию α-частицы и планетарная модель атома


α−частицы

+

-

Au

Опыт Резерфорда по рассеянию α-частицы и планетарная модель атома α−частицы + -
- пластина

Парадокс:
планетарная модель
несовместима с
электродинамикой
Максвелла

Слайд 3

Центральное ядро имеет вид шара, состоящего из сильно связанных протонов и нейтронов

Центральное ядро имеет вид шара, состоящего из сильно связанных протонов и нейтронов
и окруженного облаком, обращающихся вокруг него электронов. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре. Из-за квантовых эффектов орбиты электронов на самом деле не соответствуют четко определенным траекториям, показанным на рисунке.

Схематическое изображение атома

Слайд 4

Что такое равновесное тепловое излучение ? Т.излучение совершается за счет энергии теплового

Что такое равновесное тепловое излучение ? Т.излучение совершается за счет энергии теплового
движения атомов или молекул в веществе. Модель «абсолютно черного» тела или (тело поглощает столько фотонов, сколько их излучает, т.е. все).

Слайд 5

«Ультрафиолетовая катастрофа» - каждое тело, обладающее энергией для излучения, должно излучать ее

«Ультрафиолетовая катастрофа» - каждое тело, обладающее энергией для излучения, должно излучать ее
практически полностью в ультрафиолетовой области и короче (при любой температуре )

«УФК» – ошибочный вывод, предсказывающий гибель атомов в результате падения электронов на ядро атома и сопровождающийся УФ-излучением

Проблема в объяснении излучения электромагнитных волн нагретыми телами: несоответствие теории электромагнетизма с опытными данными.

Слайд 6

Энергия кванта E =hυ, где
υ - частота света,
h = 6.62х10-34

Дж*с

- постоянная

Энергия кванта E =hυ, где υ - частота света, h = 6.62х10-34
Планка

(1858-1947 г.г.)

Квантовая гипотеза М.Планка. 1900 г. Световая энергия испускается и поглощается дискретными «порциями», квантами, причем каждый квант излучения несет определенное количество энергии, которое тем больше, чем больше частота света

Слайд 7

Фотоэлектрический эффект – явление выбивания светом электронов с поверхности проводника ( Эйнштейн,

Фотоэлектрический эффект – явление выбивания светом электронов с поверхности проводника ( Эйнштейн,
1921 г.)

1.

2.

3.

4.

Слайд 8

Принцип неопределенности Гейзенберга:

Невозможно одновременно точно определить положение и скорость частицы

Соотношения неопределенности:


Принцип неопределенности Гейзенберга: Невозможно одновременно точно определить положение и скорость частицы Соотношения
Δp*Δx ≥ h/2π
Δv*Δx ≥ h/2π*m
ΔE*Δt ≥ h/2π

где точности определения
Δx – координаты, Δp-импульса, ΔE- энергии состояния, Δt – время существования данного состояния.

Если Δx ? 0, тогда Δp или Δv ? ∞

Если Δv, Δp? 0, тогда Δx ? ∞

Слайд 9

Погрешность (неопределенность) в классической физике

Погрешность (неопределенность) в классической физике

Слайд 10

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

Слайд 11

Опыт Юнга и график распределения интенсивности света, возникающей в результате интерференции, демонстрирующий

Опыт Юнга и график распределения интенсивности света, возникающей в результате интерференции, демонстрирующий волновую природу света
волновую природу света

Слайд 12

Опыт Юнга с точки зрения квантовой теории

а и б – случай открытия

Опыт Юнга с точки зрения квантовой теории а и б – случай
одной из щелей; в – двух открытых щелей

Дифракция электронов на двух щелях

Слайд 13

Вероятностное описание в квантовой механике

При падении одной световой волны вероятность попадания фотона

Вероятностное описание в квантовой механике При падении одной световой волны вероятность попадания
через одну щель в различные точки экрана одинакова.
При прохождении света через две щели вероятность попадания фотона резко увеличивается в местах интерференционных максимумов, а в местах минимумов - уменьшается

Слайд 14

Существенные отличия квантовой механики от классической:

Квантование:
все физические величины, характеризующие систему (энергия,

Существенные отличия квантовой механики от классической: Квантование: все физические величины, характеризующие систему
импульс и т.д.) меняются дискретно, порциями или квантами.
Корпускулярно - волновой дуализм:
квантово – механические объекты (электроны, фотоны и т.д.) ведут себя и как частицы и как волны, в зависимости от условий.

Слайд 15

В классической физике частицы и волны – разные объекты

Частица (тело): – локализована

В классической физике частицы и волны – разные объекты Частица (тело): –
в пространстве. Можно указать скорость, положение, найти траекторию движения. Она переносит энергию и импульс.
Волна: не локализована в пространстве (она везде.) Переносит энергию и импульс. При перемещении волн в средах не происходит перемещения самой среды, а распространяется только возмущение среды.

Слайд 16

Волны( в отличие от частиц) способны огибать препятствие (дифракция)
Проявлять пространственное перераспределение

Волны( в отличие от частиц) способны огибать препятствие (дифракция) Проявлять пространственное перераспределение
интенсивности волн в зависимости от их разности фаз (интерференция)
При взаимодействии света с веществом способны менять плоскость поляризации света (направления колебаний вектора электрического поля в световой волне)(поляиуризация).
С помощью стеклянной призмы могут быть разложены в спектр. (дисперсия)

Слайд 17

УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА

В квантовой механике для характеристики состояний объектов в микромире вводится

УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА В квантовой механике для характеристики состояний объектов в микромире вводится
понятие волновой функции Ψ (пси-функции).
Волновая функция описывает изменение во времени состояния квантовых объектов.
Квадрат модуля волновой функции |Ψ|2 пропорционален вероятности нахождения микрочастицы в единичном объеме пространства.

Слайд 18

В результате решения уравнения Шредингера находится распределение Ψ -функции в различных точках

В результате решения уравнения Шредингера находится распределение Ψ -функции в различных точках
пространства , квадрат волновой функции |Ψ|2 в какой-то точке пространства дает вероятность нахождения частицы в данный момент времени в данной точке пространства.
Т.о. в один и тот же момент времени в пространстве возможно сосуществование частицы в различных его точках, правда, с разной вероятностью.
Движение фотона и других частиц подчиняется статистическим вероятностным законам.

Слайд 19

Как представить себе объект, обладающий взаимоисключающими свойствами? Как такие свойства могут объединяться

Как представить себе объект, обладающий взаимоисключающими свойствами? Как такие свойства могут объединяться и дополнять друг друга?
и дополнять друг друга?

Слайд 20

Принцип соответствия (Н.Бор 1923): соотношения неопределенностей (Гейзенберга) указывают границу, за которой квантовая

Принцип соответствия (Н.Бор 1923): соотношения неопределенностей (Гейзенберга) указывают границу, за которой квантовая
система становится все более похожей на классическую и наоборот.

Принцип соответствия - это постулат квантовой механики, требующий совпадения ее физических следствий в предельном случае больших квантовых чисел с результатами классической механики.

Принцип соответствия отражает общее положение –
соотношение абсолютной и относительной истины.
Смена теорий (относительных истин) есть шаг на
пути приближения к абсолютной истине

Слайд 21

В квантовой механике притяжение и отталкивание описывается как «обменное взаимодействие»

В волновой модели

В квантовой механике притяжение и отталкивание описывается как «обменное взаимодействие» В волновой
атома
имеются "области
вероятности"
существования электронов:
s-, p-, и d-орбитали. Ядро
атома находится в точке
пересечения координат

Слайд 22

Пример условных границ областей, где высока вероятность нахождения электрона в молекуле бора:

Пример условных границ областей, где высока вероятность нахождения электрона в молекуле бора:
химическая связь в молекуле бора осуществляется двумя электронами

Слайд 23

«Стоячие волны Де – Бройля»

Электрон, вращающийся вокруг ядра, можно представить как

«Стоячие волны Де – Бройля» Электрон, вращающийся вокруг ядра, можно представить как
волну, длина которой зависит от скорости. В волновом представлении – это «стоячие волны Де – Бройля». На «длине орбиты» укладывается целое число длин волн для частицы с импульсом p :

λ = h/2πp

1

2

3

4

Стоячие волны в вибрирующей струне:

λ /2

Слайд 25

Постулаты Бора:

1. Постулат стационарных состояний: в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся

Постулаты Бора: 1. Постулат стационарных состояний: в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся
со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

2. Правило частот: при переходе электрона с одной стационарной
орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией
равной разности энергий соответствующих стационарных состояний до и после излучения (поглощения)

Слайд 26

Линейчатые спектры атомов

Линейчатые спектры атомов

Слайд 27

Состояния квантово-механического объекта

Состояния атома описываются с помощью квантовых чисел - целых или

Состояния квантово-механического объекта Состояния атома описываются с помощью квантовых чисел - целых
полуцелых
Главное квантовое число (n) определяет значения энергии, которое может принимать движущаяся частица;
n = 1, 2, 3, ….(фиксированный набор энергетических состояний)
Азимутальное (орбитальное) квантовое число (l ). Состояния с различным l отличаются величиной момента импульса.
l = 1, 2, 3,…
Спиновое квантовое число - это собственный момент импульса электрона, не зависящий от движения электрона в пространстве
Спин электрона принимает два значения ±1/2 в единицах h/2π.
Принцип запрета Паули : в произвольной физической системе не может быть двух электронов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии

Слайд 28

Число электронов в нейтральном атоме должно равняться порядковому номеру элемента, определяемому зарядом

Число электронов в нейтральном атоме должно равняться порядковому номеру элемента, определяемому зарядом
ядра. Порядок заполнения «вакантных» мест на энергетических уровнях атома электронами определяется стремлением системы к минимуму энергии и запретом Паули

Слайд 30

Ядро атома
Протон и нейтрон - нуклоны
Ядро с зарядовым числом Z и массовым

Ядро атома Протон и нейтрон - нуклоны Ядро с зарядовым числом Z
числом М содержит:
Np=Z протонов и Nn=M-Z нейтронов.
В легких ядрах число нейтронов ~ равно числу протонов (6С12 , 2Не4), тяжелые ядра имеют избыток нейтронов (92 U238 )
Имя файла: Микромир.-Молекулы,-атомы,-элементарные-частицы.-(Тема-2).pptx
Количество просмотров: 25
Количество скачиваний: 0