Mô hình nguyên tử Bohr và một số ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TẠ VÂN ANH MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ BOHR VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN, 5-2015 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TẠ VÂN ANH MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ BOHR VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Huy Bằng NGHỆ AN, – 2015 ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin cảm ơn trường Đại học Vinh, khoa Vật lí – Công nghệ, phòng đào tạo Sau đại học tạo điều kiện cho tác giả có môi trường học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo – PGS.TS Nguyễn Huy Bằng, người định hướng, dẫn tận tình cho tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn tận tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn tập thể lớp Cao học 21, chuyên ngành Quang học, cảm ơn gia đình, anh em, người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Long An, tháng 05 năm 2015 Tác giả luận văn Tạ Vân Anh iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương CÁC THÍ NGHIỆM DẪN ĐẾN SỰ RA ĐỜI MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ BOHR 1.1 Thí nghiệm phát electron mô hình nguyên tử Thomson 1.1.1 Thí nghiệm phát electron 1.1.2 Mô hình nguyên tử Thompson 1.2 Thí nghiệm tán xạ hạt α mô hình nguyên tử Rutherford 11 1.2.1 Thí nghiệm tán xạ hạt α 11 1.2.2 Mô hình nguyên tử Rutherford 14 1.3 Công thức Balmer tính quy luật quang phổ nguyên tử hydro 16 1.4 Thuyết lượng tử khái niệm photon ánh sáng 18 1.4.1 Lý thuyết lượng tử Planck 18 1.4.2 Hiệu ứng quang điện khái niệm phôtôn ánh sáng 23 1.5 Kết luận chương 27 Chương MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ BOHR VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG 28 2.1 Mô hình nguyên tử Bohr 28 2.1.1 Các tiên đề Bohr 28 2.1.2 Năng lượng nguyên tử theo mô hình Bohr 31 2.1.3 Giải thích tách vạch phổ nguyên tử hydro 33 2.1.4 Chứng minh công thức thực nghiệm Rydberg 35 2.1.5 Nhược điểm mô hình nguyên tử Bohr 37 2.2 Một số ứng dụng mô hình nguyên tử Bohr 38 2.2.1 Giải thích hiệu ứng Paschen – Back 38 2.2.2 Tính mômen từ nguyên tử trạng thái khác 45 2.2.3 Ứng dụng để mô tả nguyên tử theo học lượng tử 46 2.2.4 Một số tập mô hình nguyên tử Bohr 53 2.3 Kết luận chương 64 KẾT LUẬN CHUNG 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 iv v vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Các mô hình nguyên tử phần quan trọng cấu trúc vật chất cấp học khác Tuỳ theo cấp độ cụ thể, học sinh học mô hình nguyên tử từ đơn giản đến khái niệm phức tạp tinh vi bậc học khác phù hợp với tiến trình nhận thức biện chứng khách quan kiến thức khoa học Việc giảng dạy mô hình nguyên tử giáo dục phổ thông quan trọng hiểu biết cấu trúc nguyên tử cung cấp tảng kiến thức sở để hiểu giới tự nhiên Hơn nữa, mô hình nguyên tử cung cấp tranh trực quan cho việc giảng dạy kỹ lí luận khoa học, chẳng hạn xây dựng mô hình suy luận từ quan sát xung quanh từ khối xây dựng tự nhiên đến sở công nghệ đại Lịch sử mô hình nguyên tử qua kỉ trước kích thích khám phá, học sinh trải qua mạng lưới lí luận phức tạp mô hình xây dựng mô hình cũ bỏ dựa quan sát thực nghiệm Ngày nay, mô hình nguyên tử Schrodinger mô tả lý thuyết lượng tử phản ánh đắn chất vật chất [5] Đây tảng cho phát triển khoa học đại tạo tượng vật lí có nhiều ứng dụng hữu ích đời sống khoa học kỹ thuật, chẳng hạn như: phát laser [5], máy chụp cộng hưởng từ [5], kỹ thuật làm lạnh bẫy nguyên tử laser tạo môi trường vật chất Bosse – Einstein [5] hiệu ứng quang học phi tuyến xảy bên hệ nguyên tử [5], Tuy nhiên, hệ thống giáo dục nói riêng nhiều nước giới nói chung mô hình nguyên tử giảng dạy bậc trung học phổ thông dừng lại mô hình Bohr (và đó, việc hiểu chất việc phát laser khó khăn học sinh) [6]; bậc đại học, có phận nhỏ người học theo ngành khoa học tự nhiên tiếp cận mô hình nguyên tử đại Vì vậy, việc giảng dạy mô hình nguyên tử để có hiệu tiến tới mô hình nguyên tử đại phản ánh đắn chất nguyên tử vấn đề tham luận sôi hệ thống giáo dục nước giới Một số câu hỏi tham luận sôi nhiều việc giảng dạy mô hình nguyên tử là: nên hay không nên cách để dạy mô hình Bohr để có hiệu ? Đây lĩnh vực tranh cãi đông đảo giáo viên trung học nước giới [7] hầu hết không đồng ý với mô hình giảng dạy (tức dừng lại mô hình nguyên tử Bohr cổ điển) Vì kiến thức chương trình giáo dục cho phép học sinh mô tả tính chất mối liên hệ nơtron, proton electron mô hình sử dụng để mô tả điện tử nguyên tử Trong chương trình giáo khoa phổ thông nay, đề cập đến mô hình nguyên tử “mỗi nguyên tử có hạt nhân mang điện dương bao quanh electron”, rộng đề cập sơ lược mô hình nguyên tử Bohr [7] Để trả lời câu hỏi trên, nhóm nhà khoa học trường Đại học Colorado (Mỹ) C E Wieman (Nobel vật lí 2001) nghiên cứu quan điểm chứng tỏ mô hình Bohr trở ngại để học nguyên tử theo mô hình Schrodinger mà “bước đệm” cần thiết Ông rút kết luận rằng: khóa học thiết kế để giảng dạy cấu trúc nguyên tử việc giảng dạy mô hình Bohr giúp học sinh hiểu mô hình nguyên tử theo học lượng tử cách thấu đáo [7] Với mục đích muốn nghiên cứu sâu mô hình nguyên tử áp dụng kiến thức nghiên cứu vào thực tế giảng dạy trường phổ thông cách có hiệu quả, chọn “Mô hình nguyên tử Bohr số ứng dụng” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Lịch sử đời mô hình nguyên tử; - Mô hình nguyên tử theo lý thuyết Bohr; - Mô hình nguyên tử theo lý thuyết lượng tử; - Một số ứng dụng mô hình Bohr Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Các thí nghiệm dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr + Mô hình nguyên tử Bohr + Lý thuyết lượng tử mô tả nguyên tử - Phạm vi nghiên cứu: + Mô tả nguyên tử theo lý thuyết Bohr theo lý thuyết lượng tử + Một số tập áp dụng Mô hình nguyên tử theo lý thuyết Bohr theo lý thuyết lượng tử Nhiệm vụ cụ thể - Các thí nghiệm trước mô hình nguyên tử Bohr đời: Thí nghiệm phát electron, thí nghiệm tán xạ hạt α, - Lý thuyết mô hình nguyên tử theo Bohr, ưu điểm nhược điểm nó; - Lý thuyết mô hình nguyên tử lượng tử, ưu điểm nhược điểm nó; - Một số tập áp dụng Mô hình nguyên tử theo lý thuyết Bohr theo lý thuyết lượng tử; - Ứng dụng mô hình nguyên tử Bohr để giải thích số tượng Phương pháp nghiên cứu đề tài Phương pháp lý thuyết: Dựa tài liệu nghiên cứu công bố tạp chí, hội thảo nước có liên quan đến Mô hình nguyên tử theo lý thuyết Bohr theo lý thuyết lượng tử Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, nội dung luận văn gồm hai chương có cấu trúc sau: Chương Các thí nghiệm dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr Chương này, tìm hiểu thí nghiệm dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr mô hình nguyên tử trước mô hình Bohr: thí nghiệm phát electron mô hình nguyên tử Thompson; thí nghiệm tán xạ hạt alpha mô hình nguyên tử Rutherford; đồng thời tìm hiểu: công thức Balmer tính quy luật quang phổ nguyên tử hydro; thuyết lượng tử ánh sáng khái niệm photon ánh sáng Chương Mô hình nguyên tử Bohr số ứng dụng Chương này, tìm hiểu mô hình nguyên tử Bohr: tiên đề Bohr, dẫn công thức tính lượng nguyên tử theo mô hình Bohr, chứng minh công thức thực nghiệm Rydberg, giải thích tách vạch phổ nguyên tử hydro nhận xét ưu, nhược điểm mô hình Bohr Từ tìm hiểu ứng dụng mô hình nguyên tử Bohr trong: giải thích hiệu ứng Paschen – Back, tính mômen từ nguyên tử trạng thái khác nhau, mô tả nguyên tử theo học lượng tử, đưa số loại tập mô hình nguyên tử Bohr Hãy tính bước sóng dài ngắn dãy Lyman, Balmer Paschen Bài 12 Cho ba vạch có bước sóng dài ba dãy quang phổ hydro 1L  0,122m (Lyman), 1B  0,656m (Balmer)   1,875m (Paschen) a) Có thể tìm bước sóng vạch khác, vạch thuộc miền thang sóng điện từ b) Cho biết lượng cần thiết tối thiểu để bứt điện tử khỏi nguyên tử hydro 13,6 eV Tính bước sóng ngắn vạch quang phổ dãy Paschen Bài 13 Ba vạch có bước sóng dài dãy Lyman nguyên tử hydro 1  0,122m;   0,1028m;   0,0975m Hỏi nguyên tử hydro bị kích thích cho electron chuyển lên quỹ đạo N nguyên tử phát xạ ứng với vạch dãy Balmer ? Tính lượng photon ứng với xạ Cho số Plank h = 6,625.10-34 Js vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Dạng Tính lượng ion hóa Năng lượng ion hoá nguyên tử hydro lượng phải cung cấp để electron chuyển từ mức luợng E1 đến mức lượng E∞ = : W  E   E1 Bài 14 Các mức lượng nguyên tử hydro có trạng thái dừng xác định công thức : E n   13,6eV với n số nguyên ; n = ứng với n2 mức K ; n = 2, 3, 4, ứng với mức kích thích L, M, N, a) Tính lượng ion hoá nguyên tử hydro (đơn vị Jun) b) Tính bước sóng vạch đỏ Hα dãy Balmer 58 Bài 15 Vạch dãy Lyman vạch cuối dãy Balmer quang phổ hydro có bước sóng λ1 = 0,365 μm λ2 = 0,1215 μm Dựa vào tính lượng ion hoá nguyên tử hydro ĐS : W = 13,6 eV Bài 16 Vạch dãy Lyman vạch cuối dãy Balmer quang phổ hydro có bước sóng λ1 = 0,1218 μm λ2 = 0,3653 μm Tính lượng ion hoá hydro trạng thái (theo đơn vị eV) ĐS : W = 13,6 eV Dạng Năng lượng kích thích nguyên tử hydro Năng lượng nguyên tử hidro : E n   13,6eV với n = 1, 2, 3, n2 n = mức lượng thấp (electron chuyển động quỹ đạo K) n = mức lượng kích thích thứ (electron chuyển động quỹ đạo L) 59 Bài 17 Vạch phổ dãy Paschen có bước sóng λ1 = 1875nm λ2 = 1281nm ứng với chuyển mức lượng Bài 18 Khi electron nguyên tử H chuyển từ quỹ đạo thứ n quỹ đạo thứ m = phát xạ có bước sóng λ = 0,487μm Hãy tìm bán kính quỹ đạo thứ n Bài 19 Muốn thu vạch vạch quang phổ lượng kích thích nguyên tử hydro tính bước sóng vạch quang phổ Bài 20 Có vạch quang phổ xuất kích thích nguyên tử hydro trạng thái electron có lượng W = 12,1 eV Bài 21 Ba vạch quang phổ dãy Lyman nguyên tử hydro có bước sóng λ1 = 1216 Ao , λ2 = 1026 Ao λ3 = 973 Ao Hỏi nguyên tử hydro bị kích thích cho electron lên quỹ đạo N nguyên tử phát vạch dãy Balmer ? Tính bước sóng vạch Bài 22 Electron nguyên tử hydro trạng thái thu lượng 12,1 eV a) Electron chuyển lên tới mức lượng ? b) Nguyên tử hydro kích thích phát xạ có bước sóng ? Bài 23 Chiếu chùm xạ đơn sắc có tần số f = 2,924.1015 Hz vào khối khí hydro nhiệt độ áp suất thích hợp, quang phổ phát xạ hydro có ba vạch ứng với tần số f1, f2, f3 biết f1 = f ; f2 = 2,4669.1015 Hz f3 < f2 a) Giải thích hình thành vạch quang phổ nêu trên, vẽ sơ đồ biểu diễn chuyển mức lượng ứng với vạch quang phổ 60 b) Tính bước sóng ba vạch xạ đơn sắc nói Nói rõ xạ thuộc dãy quang phổ hidrô, mắt người nhìn thấy vạch ? Bài 24 a) Xác định độ biến thiên lượng electron nguyên tử hydro chuyển từ mức lượng M (n = 3) mức lượng K (n = 1) bước sóng xạ phát b) Xác định bước sóng cực đại cực tiểu vạch dãy Paschen c) Một photon có lượng 16 eV làm bật electron khỏi nguyên tử hydro trạng thái Tính vận tốc electron bật khỏi nguyên tử Bài 25 Các mức lượng nguyên tử hydro xác định công thức : E n   13,6eV với n số nguyên 1, 2, 3,…(ứng với mức n2 lượng K, L, M, N, …) a) Kích thích nguyên tử hidrô trạng thái việc hấp thụ phôtôn có lượng thích hợp, bán kính quỹ đạo electron tăng lên lần Tìm bước sóng xạ mà nguyên tử phát b) Khi chiếu vào nguyên tử hidrô trạng thái xạ mà phôtôn có luợng ε1 = eV ; ε2 = 12,75 eV ε3 = 18 eV Trong trường hợp đó, nguyên tử hidrô có hấp thụ phôtôn không ? Và nguyên tử chuyển lên trạng thái nào? Bài 26 Năng lượng electron nguyên tử hidrô có biểu thức En   13,6eV với n = 1, 2, 3, n2 a) Tìm độ biến thiên lượng electron chuyển từ trạng thái (mức) ứng với n = trạng thái ứng với n = 1, tính bước sóng xạ phát 61 b) Một phôtôn có lượng 16 eV làm bật êlectron khỏi nguyên tử hidrô trạng thái (n = 1) Tìm vận tốc electron bật Bài 27 Cho chùm electron bắn phá nguyên tử hydro trạng thái để kích thích chúng a) Xác định vận tốc cực tiểu electron cho làm xuất tất vạch quang phổ phát xạ hydro b) Muốn cho quang phổ hydro có vạch lượng electron phải nằm khoảng ? Dạng Tìm vận tốc, số vòng quay, bán kính quỹ đạo dừng, lượng nguyên tử hydro + Công thức tính bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron : rn = n2ro với n = 1, 2, ro = 5,3.10-11 m gọi bán kính Bohr + Năng lượng nguyên tử hidro : E n   13,6eV với n = 1, 2, 3, n2 (Năng lượng nguyên tử bao gồm động electron tương tác tĩnh điện electron hạt nhân) + Khi electron chuyển động quỹ đạo tròn lực Coulomb đóng vai e2 v2 trò lực hướng tâm : k  m e Suy công thức tính vận tốc electron r r quỹ đạo dừng thứ n : v  e k với k = 9.109 Nm2/C2 m e rn Bài 28 Trong nguyên tử hydro, bán kính quỹ đạo dừng tính theo công thức rn = n2ro với ro = 5,3.10 -11 m n = 1, 2, 3, … Hãy tính bán kính quỹ đạo thứ 62 Bài 29 Trong nguyên tử hydro bán kính quỹ đạo dừng lượng electron quỹ đạo có biểu thức : rn = n2ro E n   E Trong ro n2 = 5,3.10 -11 m ; Eo = 13,6 (eV), n số nguyên dương a) Xác định bán kính quỹ đạo thứ 2, thứ tính vận tốc electron quỹ đạo b) Biểu diễn chuyển dời sau sơ đồ mức lượng nguyên tử hydro : + Từ trạng thái (n = 1) đến trạng thái kích thích thứ hai (n = 2) + Từ trạng thái thứ n = đến trạng thái n = + Chuyển dời với iôn hoá nguyên tử H trạng thái c) Tính bước sóng phôtôn (phát xạ hấp thụ) tương ứng với chuyển dời Bài 30 Điện tử nguyên tử hydro chuyển động quỹ đạo tròn lực tương tác hạt nhân điện tử (lực Coulomb) a) Biết vận tốc electron quỹ đạo thứ hai (L) 2.106 m/s Tìm vận tốc electron quỹ đạo thứ tư (N) b) Cho bước sóng vạch đỏ, lam, chàm quang phổ hydro : λα = 0,6563 μm; λβ = 0,4861 μm; λγ = 0,434 μm Tìm bước sóng hai vạch dãy Paschen Bài 31 Nguyên tử hydro gồm electron quay xung quanh hạt nhân Lực tương tác hạt nhân electron lực Coulomb Tìm vận tốc electron chuyển động quỹ đạo có bán kính ro = 5,3.10 -11 m (quỹ đạo K) Từ tìm số vòng quay electron đơn vị thời gian Biết k = 9.109 Nm2/C2, me = 9,1.10-31 kg, e = 1,6.10-19 C 63 2.3 Kết luận chương Trong chương này, trình bày: - Mô hình nguyên tử Bohr: tiên đề Bohr, dẫn biểu thức tính lượng nguyên tử theo mô hình Bohr, nhận xét ưu nhược điểm mô hình nguyên tử Bohr - Ứng dụng mô hình nguyên tử Bohr để giải thích số tượng: giải thích tách vạch phổ nguyên tử hydro, giải thích hiệu ứng Peschen – Back, tính mômen từ nguyên tử trạng thái khác - Mô tả mô hình nguyên tử theo quan điểm học lượng tử - Một số dạng tập mô hình nguyên tử Bohr 64 KẾT LUẬN CHUNG Hiện việc bàn luận tranh cãi cộng đồng giáo viên trung học phổ thông nước giới vấn đề làm để giảng dạy mô hình nguyên tử cấp học khác để học sinh có chất đắn nguyên tử, đồng thời phản ánh tiến trình xây dựng mô hình khoa học Trong luận văn này, đặc biệt quan tâm đến nhấn mạnh, so sánh tương quan mô hình Bohr mô hình khác Đây tính quan trọng chương trình giáo dục mà cần hướng tới để giúp cho học sinh không hiểu mô hình Bohr mà chấp nhận quan điểm Schrodinger nguyên tử Nếu làm điều chương trình giáo dục, học sinh tìm hiểu nhiều trường hợp (mô hình) cách so sánh tương phản với trường hợp khác (các mô hình khác) cách nghiên cứu trường hợp Như qua luận văn này, cho thấy việc giảng dạy mô hình Bohr giúp học sinh học mô hình Schrodinger việc cải tiến chương trình giảng dạy kết hợp mô hình để đa số học sinh có quan điểm đắn cấu trúc nguyên tử theo quan điểm lượng tử cần thiết 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Huy Bằng, Mai Văn Lưu, Đoàn Hoài Sơn, (2012), Cơ sở Vật lí nguyên tử phân tử, Đại học Vinh [2] Nguyễn Xuân Chánh, Lê Băng Sương, (2001), Vật lí sở đại phổ thông, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, Hà nội [3] Thái Khắc Định, (2003), Vật lí nguyên tử hạt nhân, Đại học Sư phạm Tp.HCM [4] Đinh Văn Hoàng, (1974), Cấu trúc phổ nguyên tử, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà nội [5] Đinh Xuân Khoa, Đòan Hoài Sơn, Nguyễn Huy Bằng, (2012), Cơ sở Vật lí học đại, Đại học Vınh [6] Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Túy, Phạm Quý Tư, (2011), Vật lí 12 Nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà nội [7] S B McKagan, K K Perkins, and C E Wieman, (2008), “Why we should teach the Bohr model and how to teach it effectively”, The American Physical Society, (4), – 10 [8] Mr Kevin A Boudreaux, (2008), Chemistry: A Molecular Approach, Angelo State University, United States [9] R A Kramers, Helge Holst , Sir Ernest Rutherford, RR.S, (1923), The atom and the Bohr theory of its structure, University of California, London [10] Dr David Hestenes, Arizona State University , (2006)“Notes for a Modeling Theory of Science, Cognition and Instruction”, Proceedings of the 2006 GIREP conference: Modelling in Physics and Physics Education [11] Wolfgang Demtröder, (2010), Atoms, Molecules and Photons, Springer – verlag Berlin Heidelberg 66 [12] David Bates, Benjamin Bederson, (1989), Advances in Atomic and Molecular Physics, academic press, (52), New York [13] Jose ´ A Chamizo, (2011), “A New Definition of Models and Modeling in Chemistry’s Teaching”, Science & Education, (22), Issue 7,1613-1632 67 PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP SỐ Bài Hướng dẫn Dãy Balmer tạo thành electron chuyển từ mức lượng bên mức lượng L H α : M  L ứng với n1 = n2 = H β : N  L ứng với n1 = n2 = H γ : O  L ứng với n1 = n2 = H δ : P  L ứng với n1 = n2 = Vạch thứ : ứng với n1 = n2 = Theo công thức  1   R    , ta tìm :   n1 n     0,656m;   0,486m;    0,434m;    0,410m;   0,397m Vậy vạch H α, Hβ ,Hγ ,Hδ nằm vùng ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy), vạch thứ dãy Balmer nằm vùng tử ngoại Bài Hướng dẫn Theo tiên đề Bohr : h  E M  E L Mà   c c  h  EM  E L   Ta tìm   hc  0,653m E M  EL Bài 68 ĐS : λLK = 0,1216 μm ; λMK = 0,1026 μm ; λNK = 0,0937 μm ; λ MK = 0,0950 μm Bài ĐS : a) λ32 = 0,6614 μm ; b) λ43 = 1,6652 μm Bài ĐS : λβ = 0,486 μm ; λγ = 0,434 μm ; λδ = 0,410 μm Bài ĐS : a) λ21 = 0,122 μm ; b) Wđomax = 8,2 eV ; Uh = 8,2 V Bài ĐS: λ53 = 1,282 μm ; λ43 = 1,875 μm ; λ 54 = 4,056 μm Bài ĐS : a) f21 = 2,5.1015 Hz ; fα = 4,57.1014 Hz ; fβ = 6,17.1014 Hz ; fγ = 6,91.10 14 Hz b) λ31 = 0,1029 μm ; λ41 = 0,0975 μm ; λ43 = 1,875 μm ; λ53 = 1,282 μm Bài ĐS : a) λα = 0,661 μm ; b) E1 = -13,6 eV ; E2 = -3,43 eV Bài 10 ĐS : λL2 = 0,103 μm ; λP1 = 1,875 μm Bài 11 Hướng dẫn Khi electron chuyển từ mức lượng n2 mức lượng n1 - Nếu ứng với bước sóng dài n2 = n1 +1 - Nếu ứng với bước sóng ngắn n2 = ∞ Ta tìm : 69 - Bước sóng dài dãy Lyman ứng với n1 = n2 = :   0,122m - Bước sóng ngắn dãy Lyman ứng với n1 = n2 = ∞ :   91,13nm - Bước sóng dài dãy Balmer ứng với n1 = n2 = :   0,656m - Bước sóng ngắn dãy Balmer ứng với n1 = n2 = ∞ là:   0,365m - Bước sóng dài dãy Paschen ứng với n1 = n2 = :   1,875m - Bước sóng ngắn dãy Paschen ứng với n1 = n2 = ∞ :   0,820m Bài 12 ĐS : a) λ31 = 0,103 μm (vùng tử ngoại) ; λ42 = 0,486 μm (ánh sáng khả kiến) b) λmin = 0,798 μm Bài 13 ĐS : λ42 = 0,4855 μm ; λ32 = 0,6532 μm ; ε42 = 2,56 eV ; ε32 = 1,9 eV Bài 14 Hướng dẫn a) Năng lượng ion hoá nguyên tử hydro lượng phải cung cấp để electron chuyển từ mức luợng E1 đến mức lượng E∞ = : W  E   E1  13,6eV 13,6eV   13,6eV 2 12 Theo đơn vị Jun ta : W  13,6eV  2,179  10 18 J Bài 15 70 ĐS : W = 13,6 eV Bài 16 ĐS : W = 13,6 eV Bài 17 ĐS : N  L ; O  L Bài 18 ĐS : r4 = 8,48Ao Bài 19 ĐS : W =12,09 eV ; λ31 = 0,1026 μm ; λ21 = 0,1216 μm ; λ32 = 0,6568 μm Bài 20 ĐS : vạch λ31, λ32, λ21 Bài 21 ĐS : λ42 = 0,4869 μm ; λ32 = 0,6566 μm Bài 22 ĐS : a) n = ; b) λ31 = 0,1025 μm ; λ32 = 0,653 μm ; λ21 = 0,1216 μm Bài 23 ĐS : λ1 = 0,1026 μm ; λ2 = 0,1216 μm ; λ3 = 0,6568 μm Bài 24 ĐS : a) λ = 0,1026 μm ; b) λmin = 0,821 μm ; λmax = 1,877 μm ; c) v = 9,2.105 m/s Bài 25 ĐS : a) λ31 = 0,1028 μm ; λ21 = 0,122 μm ; λ32 = 0,656 μm ; b) không hấp thụ ε1, ε3 ; hấp thụ ε2 Bài 26 ĐS : a) ε = 12,089 eV ; λ = 0,1026 μm ; b) v = 9,2.10 m/s 71 Bài 27 ĐS : a) vmin = 2,2.10 m/s ; b) ε = 10,2 eV Bài 28 Hướng dẫn Bán kính quỹ đạo dừng thứ : r5 = 52ro = 1,325.10-9 (m) Bài 29 ĐS : a) r2 = 2,12 Ao ; r3 = 4,77 Ao ; v2 = 2,4.105 m/s ; v3 = 1,6.10̀5 m/s ; c) λ21 = 0,122 μm ; λ42 = 0,4869 μm ; λ∞1 = 0,09123 μm Bài 30 ĐS : a) v4 = 106 m/s ; b) λ43 = 1,8744 μm ; λ53 = 1,2813 μm Bài 31 ĐS : vo = 2,18.106 m/s ; 6,56.10 15 vòng/s 72 [...]... với kích thước nguyên tử) Như vậy, mẫu nguyên tử Rutherford hoàn toàn khác so với mẫu nguyên tử Thomson Hình 1.5 Mô hình nguyên tử của Rutherford Mô hình nguyên tử của Rutherford là mô hình đầu tiên đề xuất một hạt nhân nhỏ bé nằm tại tâm của nguyên tử, có thể coi là sự khai sinh cho khái niệm hạt nhân nguyên tử, như minh hoạ trên Hình 1.5 Sau khám phá này, việc nghiên cứu về nguyên tử được tách ra... ưu và nhược điểm của mẫu nguyên tử Thompson - Thí nghiệm tán xạ hạt alpha và mô hình nguyên tử Rutherford Nhận xét được ưu và nhược điểm của mẫu nguyên tử Rutherford - Công thức Balmer về tính quy luật của quang phổ nguyên tử hydro - Các lý thuyết tiền đề cho sự ra đời của mô hình nguyên tử Bohr: lý thuyết lượng tử của Plank, hiệu ứng quang điện và khái niệm photon ánh sáng 27 Chương 2 MÔ HÌNH NGUYÊN... NGUYÊN TỬ BOHR VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG 2.1 Mô hình nguyên tử Bohr 2.1.1 Các tiên đề Bohr Trước năm 1913, Lord Rutherford đã mô tả nguyên tử giống như thái dương hệ mà theo đó mọi nguyên tử có một nhân ở giữa mang điện dương và xoay quanh nhân này là các điện tử mang điện âm Lý thuyết của Rutherford rất đúng lúc bấy giờ nên nhờ đó các nhà khoa học có thể giải thích được nhiều hiện tượng vật lí, nhưng có một. .. tục nên bức xạ phát ra có tần số ν hay bước sóng λ cũng không liên tục Chúng ta có thể minh họa mô hình nguyên tử Bohr như trên Hình 2.1 Hình 2.1 Mô hình nguyên tử Bohr Bohr đã dùng mẫu nguyên tử của mình và lý thuyết về quang tử của Planck để tiên đoán về màu sắc, chiều dài sóng và về các loại ánh sáng do các vật chất khác nhau phát ra Các quan niệm về nguyên tử của Bohr đã giải 30 ... là một khối cầu đặc ruột Mô hình nguyên tử Thomson là mẫu nguyên tử đầu tiên được đưa ra để mô tả cấu trúc nguyên tử Ưu điểm của mẫu nguyên tử Thompson là đã giải thích thành công sự xuất hiện của điện tử mang điện tích âm là electron; giải thích tính chất trung hòa về điện của nguyên tử Thomson cũng thành công trong việc xác định bán kính của nguyên tử hydro vào khoảng 3.10-8 cm 10 Tuy nhiên, mẫu nguyên. .. Thomson, bên trong nguyên tử có các điện tử mang điện tích âm nên cũng phải có phần mang điện tích dương để trung hòa với điện tích âm của điện tử Từ đó, ông đã đề xuất rằng các electron có khối lượng nhỏ phân bố đều bên trong nguyên tử, có thể quay tròn và điện tích của chúng cân bằng với một biển điện tích dương Hình 1.2 Mô hình nguyên tử của Thomson Thompson hình tượng nguyên tử như một cái bánh pudding,... nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử và vật lý nguyên tử nghiên cứu cấu trúc của các electron bay xung quanh 15 Tuy nhiên, mô hình Rutherford có cách nhìn cổ điển về nguyên tử bao gồm một hạt nhân ở giữa và một hay nhiều điện tử (hay electron, ký hiệu e) quay xung quanh; tương tự như Quả đất và các hành tinh khác (sao Mộc, sao Thổ, sao Hoả, …) quay xung quanh Mặt Trời Đặc biệt, trong nguyên tử khối lượng tập... là môi trường trộn lẫn giữa điện tích âm (của điện tử) và điện tích dương (của proton) trung hòa điện tích và gần như không có lực tĩnh điện giữa nguyên tử và các hạt alpha Nói một cách hình tượng, do không có lực tương tác đáng kể nên mô hình "mứt mận" như tấm nệm mềm đối với các hạt alpha 12 Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm tán xạ hạt alpha Quan sát này đã không thể giải thích được bằng mô hình nguyên tử. .. Coulomb Dựa vào những nhận xét đó, Rutherford cho rằng nguyên tử gồm một hạt nhân mang điện tích dương rất nặng có kích thước rất nhỏ (so với khối lượng và kích thước của cả nguyên tử) và những điện tử mang điện tích âm chuyển động trên những quỹ đạo tròn quanh hạt nhân tạo thành mặt ngoài của nguyên tử Điện tích dương của hạt nhân và điện tích âm của điện tử trung hòa nhau Giữa hạt nhân và các điện tử là... “electron” và bức ảnh này đã trở thành một minh chứng hùng hồn cho phát hiện vĩ đại của J.J Thomson 1.1.2 Mô hình nguyên tử Thompson Sau khi xác nhận chùm tia âm cực gồm các electron mang điện tích âm và tìm được tỉ lệ điện tích trên khối lượng của điện tử (năm 1987), Thomson đã kết luận rằng chúng là một thành phần của mỗi nguyên tử Do vậy, ông bác bỏ quan điểm trước đó cho rằng nguyên tử là những hạt vô hình ... chọn Mô hình nguyên tử Bohr số ứng dụng làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Lịch sử đời mô hình nguyên tử; - Mô hình nguyên tử theo lý thuyết Bohr; - Mô hình nguyên tử. .. dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr Chương này, tìm hiểu thí nghiệm dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr mô hình nguyên tử trước mô hình Bohr: thí nghiệm phát electron mô hình nguyên tử Thompson;... lượng tử; - Một số ứng dụng mô hình Bohr Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Các thí nghiệm dẫn đến đời mô hình nguyên tử Bohr + Mô hình nguyên tử Bohr + Lý thuyết lượng tử mô