量子2008级04玻尔理论hipeak.ppt

* 第十六章 量子物理 16 – 3 氢原子的玻尔理论 * * * 经典原子模型 1897年 J.J.汤姆孙发现电子 1903年，汤姆孙提出原子的“葡萄干蛋糕模型” 原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半径 为 的球体范围内，电子浸于其中 . 1911年 卢瑟福的原子有核模型（行星模型） 汤姆孙的学生－－卢瑟福 α 粒子的大角散射 原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的 . 有核模型 + 经典有核模型的困难 1）原子是”短命“的 + 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。 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 . 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。 卢瑟福的学生－－玻尔 继承和发展了卢瑟福的原子结构理论 玻尔作为一个理论物理学家，“随时准备从每一种新的假说中无比严密的抽绎出它的逻辑结论来”， 他意识到核式结构模型的作用不仅仅是在解释 粒子的大角散射的实验事实，也为建立一种有关原子属性的系统理论提供了可以一试的基础，于是他的“兴趣很快就转向了新原子模型的一般理论涵义”。 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（光电效应和康普顿效应）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。 存在缺陷，仍带着经典理论的烙印 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（S c h r¨d I n g e r） 与海森伯（Heisenbeng）等建立了量子力学。 o 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！ 量子物理起源于对原子物理的研究，人们从原子光谱中获得原子内部信息。 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 氢原子光谱的规律性 Hδ Hα Hβ Hγ 656.3 nm 486.1 nm 434.1 nm 410.2 nm 1885年巴尔末（Balmer）找到了一个经验公式： B=3645.7? n=1、2、3... 巴尔末公式 当n=3、4、5、6 ? ? ? 时可分别给出各谱线的波长 如n=3： n=4： 这些值与实验结果吻合得很好 B=3645.7? ……… 从理论上解释了氢原子光谱是分立的线状光谱，且具有规律性。 光谱学中常用频率及空间频率表示: 称之为里德伯常数 定义波数 巴尔末又指出,如将(2)式中的“22”换成其它整数k的平方,还可得到其它谱线系. 广义巴尔末公式 k=1、2、3…... n=2、3、4…... nk 谱线的波数是两光谱项之差 ? 2 ? 3 ? 4 ? 5 ? 6 1 2 3 4 5 k n 光 谱 系 区域 日期 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 可见 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。 k=1、2、3…... n=2、3、4…... nk 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： 1）原子是”短命“的 2）原子光谱是连续光谱 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。 二 玻尔的氢原子理论 1913年英国剑桥大学的学生N·Bohr，把普朗克能量子的概念和爱因斯坦光子的概念运用到原子系统，提出了三条基本假设，成功地解释了H原子光谱。 1、玻尔理论的基本假设 （1） 定态假设 原子系统只能处于一系列不连续的能量状态，在这些状态中，虽然电子绕核作加速运动，但不辐射电磁波，相应的