19--1玻尔氢原子理论_12_0819--1玻尔氢原子理论_12_08.ppt

教学基本要求 引言：经典物理中要将光看成是电磁波，而光与 原子的相互作用中却要将光看成一颗颗微粒---这 两种图象很难想像能将它们统一起来。 但是量子力学却将它们统一了起来，并且大大 地扩充了人们的眼界，量子力学的发展分为两个 阶段。 1、旧量子力学时代 1913年物理学家玻尔（N·Bohr）根据卢瑟福 （Rutherford）原子模型及氢原子光谱提出了 氢原子理论，初步奠定了原子物理基础。 2、新量子力学时代 1924年德布罗意（De Broglie）提出了波粒二 象性， 尔后由德国的薛定谔（Schrödinger） 与海森伯（Heisenbeng）等建立了量子力学。 让我们顺着历史的车轮，来领略一下量子力学 的风光，欣赏近代物理学上的另一朵鲜花吧！ 1927年，量子力学开始应用于 固体物理，并导致了半导体、激 光、超导研究的发展，此后由此 又导致了半导体集成电路、电子 、通信、电子计算机的发展，使人类进入信息时代…..。 一、原子模型变迁 1、汤姆逊父子的面包夹葡萄干模型（1902-4） 整个原子呈胶冻状的球体，正电荷均匀分布于球体上，而电子镶嵌在原子球内，在各自的平衡位置作简谐振动并发射同频率的电磁波。 r~10-10m 19-1 玻尔的氢原子理论 量子物理起源于对原子物理的研究，人们从高能粒子的散射实验和原子光谱中获得原子内部信息。 §19—1 玻尔的氢原子理论 2、卢瑟福的粒子散射实验和原子的核结构模型 1911年Rutherford提出了原子的核结构模型： 原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，占据整个原子的极小一部分空间，原子的质量几乎全部都集中于核上，而电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕太阳转动一样—原子的核结构模型。 核的线度为10－15 ~10－14 m，原子线度10－10m。 核结构模型很好地解释了粒子散射实验，但却使经典理论陷入困境： （1）原子的稳定性问题（加速带电粒子辐射） （2）原子光谱的线状光谱问题（卢瑟福的连续谱） 根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波 . 二、 氢原子光谱的实验规律： 2、1885年巴尔末（Balmer）找到了一个经验公式： B=3645.7Å n=1、2、3... 当n=3、4、5、6 • • • 时可分别给出各谱线的波长 如n=3： n=4： Å Å ………… 这些值与实验结果吻合得很好 1、氢原子光谱： 光谱学中常用频率及空间频率表示: 由（1）式: 称之为里德伯常数 里德伯指出,如将(2)式中的“22”换成其它整数m的平方,还可得到其它谱线系. nm 巴尔末公式 ——波数  2  3  4  5  6 1 2 3 4 5 赖曼（Lyman）系 巴尔末（Balmer）系 帕邢（paschen）系 布喇开（Brackett）系 普芳德（Pfund）系 紫外 可见 红外 红外 红外 1916年 1880年 1908年 1922年 1924年 此后又发现碱金属也有类似的规律。 3、氢原子光谱的其它谱线系 4、氢原子光谱的数学表达式 里兹并合原理 对于碱金属 注意：经典理论解释不了H原子光谱 按1911年卢瑟福提出的原子的行星模型--电子绕原子核（10-12m）高速旋转 对此经典物理势必得出如下结论： 然而事实不是这样，如果找不到一种理论说明，巴尔末公式只不过是一种有趣的猜测游戏而已 1）原子是”短命“的 电子绕核运动是加速运动 必向外辐射能量，电子轨 道半径越来越小，直到掉到原子核 与正电荷中和，这个过程时间10-12 秒，因此不可能有稳定的原子存在。 2）原子光谱是连续光谱 因电磁波频率 r-3/2，半径的连续变化，必导致产生连续光谱。 三、玻尔氢原子理论 1、1913年英国剑桥大学的学生N·Bohr提出了一个假设， 成功地解释了H原子光谱。 1）定态假设： 原子系统只能存在于一系列不连续的能量状态中（E1、E2、E3、···），在这些状态中，电子绕核作加速运动而不辐射能量， 这种状态称这为原子系统的稳定状态（定态） 2）角动量量子化：电子对核的角动量只能取h/2的整数倍。 n=1、2、3、… —普朗克常量 ħ 3）量子跃迁假设 只有当原子从一个较大的能量En的稳定状态跃迁到另一 较低能量Ek的稳定状态时，才发射单色光，其频率： 反之，当原子在较低的能量Ek的稳定状态时，吸收了一个频率为nk的光子能量就可跃迁到较大能量En的稳定状态。 2、玻尔氢原子理论 1)电子轨道半径的量子化 + M m Mm 结论：电子轨道是量子化的。 说明：n=1的轨道 称为玻尔半径。 量子数为n的轨道半径 2)定态能量是量子化的 原子处在量