09–10〔一)电子07级自然科学史.ppt

第9讲 第二次科学革命(2)(25章) 卢瑟福的有核原子模型，通过他的研究生玻尔的杰出工作迅速得到科学界的公认。 （2）、玻尔的原子结构假说 玻尔(1885-1962)丹麦物理学家，20世纪最伟大的科学家——他是第一个用量子理论研究原子结构的物理学家，对量子力学的发展作出了重大贡献。在上世纪内的50年中一直是量子力学发展的重要人物。 1911年玻尔在完成博士论文后，去英国剑桥大学 卡文迪许实验室准备跟汤姆逊一起从事电子论的研究 ，但此时汤姆逊对电子论不感兴趣，于是玻尔只好转 到曼彻斯特的卢瑟福处工作。 卢瑟福的原子有核模型刚刚提出，极大的吸引了玻尔，他 认识到这个理论的意义重大。 玻尔在曼彻斯特仅呆了4个月，但对一个天才的 物理学家来讲，这足够了。正是在这四个月的时间内 ，玻尔构思成了他一生中最伟大的科学贡献， 1912 年7月回到哥本哈根。 他把卢瑟福的原子有核模型。巴尔末里德伯 的光谱经验公式、和普朗克——爱因斯坦的量子 论结合在一起。 1913年他提出了著明的原子结构理论，从此 他被誉为原子结构之父。 玻尔的原子结构理论包括三条基本假设： 第一，量子化条件：从力学角度来看，原子中的核外电子绕核运动的所有可能的轨道中，只有电子的动量矩等于的整数倍的那些轨才是稳定的，即： L = n h ? 2 л 式中h为普朗克常数，n = 0，1，2，3，称为量子数，上式称为量子化条件。 第二，电子在上述假设所许可的唯一轨道运动时原子具有一定的能量，原子不吸收也不发射电磁波，这时原子处于稳定状态。 第三，当电子从一个稳定状态跃迁到另一状态时原子辐射或吸收电磁波， 玻尔的原子轨道量子化模型能很好的解释氢光谱 实验结果，因而成为量子力学理论中的重要阶段性 成果，是通向量子力学的重要台阶， 必须指出的是：玻尔的理论是过渡性的，它突破了经典力学的框架。但没有摆脱经典力学轨道的概念，而是仍把电子这个微观粒子当作经典力学的原点，因此玻尔理论不是一个完整的理论体系，它是经典力学和量子力学的混合物，它虽然能够很好解释氢原子光谱，但不能解释光谱强度，不能解释光谱的精细结构，也不能解释多电子原子的光谱，也不能解释谱线在磁场中的分裂。 4、量子力学的创立 （1）德布罗意物质波假说 法国物理学家路易·德布罗意(1892-1976)大学期 间是学历史的，大学毕业后转学物理，并与其哥哥一 起对x射线的波动性和粒子性进行过研究，玻尔的原 子结构和量子理论发表后引起了德布罗意的关注。 他也投入到这一研究中，他注意到，光子具有波 粒二象性，当它表现为粒子性时有一定的能量和一定 的动量。表现为波动时有一定的频率和波长。 光子是一种物质客体，它即然有这样的特征。那么 其他物质如电子、原子、分子是否也有这样的性质呢？ 他在晚年回忆到，经过长期的孤寂的思索和假想 后，1923年我突然想到，爱因斯坦在1905年所作出的 发现，应当加以推广，把它推广到一切物质粒子，特 别是电子。 * * 三、量子力学的创立 1、普朗克的量子假设 量子论是由研究黑体辐射问题引出的 1900年10月19日德国物理学家普朗克在德国物理学会上宣读了《维恩辐射定律的改进》的论文，首次公布了新的黑体辐射的能量密度为： w= 这个公式是普朗克根据实验数据凑出来的半经验公式，没有合理的理论解释，但与实验结果符合的很好，从而解决了“紫外灾难”的困难. 普朗克本人认为它只是一个“侥幸推测出来的内插公式，其价值十分有限”. 普朗克指出，为了推导出这一定律，必须假设在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化是不连续的，或者说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。 为此，普朗克还引入了一个新的自然常数 h = 6.55 ×10-27 erg·s，被称为普朗克常数。 1900年12月24日，普朗克勇敢地提出了“能量子”的概念，并假设； ①黑体的腔壁是由无数带电谐振子组成的，这些 谐振子不断吸收和辐射电磁波与腔内辐射物交换能 量。 ②这些振子具有的能量是分立的，它们只能是 一个最小能量E的整数倍，当振子与腔内交换能量时 能量的改变值也只能是E的整数倍，其关系为 (n=0,1,2,3…