§16.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论.pptVIP

§16.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 按经典理论：电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。 电子的绕核运动是变速运动，它将不断向外辐射电磁波 电子的能量是逐渐减少的，所以原子光谱应该是连续光谱 电子会随其能量的减少而逐渐接近原子核，所以原子应该是不稳定的 原子核式模型与经典理论的矛盾 这一结论与实验不符。实验表明原子相当稳定；实验测得原子光谱是不连续的谱线。 对氢原子，半径10-10m，计算表明仅需10-10s电子就与原子核相遇而湮灭 1 1885年，瑞士数学家巴耳末首先发现氢原子的线光谱在可见光部分的谱线。 　　1890年里德堡（瑞士）用波数 来表示谱线，现常用于光谱学中。 在红外区还有三个线系： Paschen系(1908)、Brackett系(1922)和普丰德系(1924)、汉弗莱系(1953) 氢原子是最简单的原子，历史上其光谱规律对原子结构的认识有重要意义。 每种原子光谱有固定分布，可根据光谱分析物质元素的组成。 2 玻尔（1885—1962），丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一。1911年，他来到卡文迪什实验室，在J.J.汤姆逊的指导下学习和研究，当得知卢瑟福从 ? 粒子散射实验提出了原子的有核模型后，他深感钦佩，同时也非常理解该模型所遇到的困难。于是他又转赴卢瑟福实验室求学，并参加 ? 粒子散射的实验工作，他坚信卢瑟福的有核模型，认为要解决原子的稳定性问题，必须用量子概念对经典物理来一番改造。终于在1913年发表了《论原子构造与分子构造》等三篇论文，正式提出了在卢瑟福原子有核模型基础上的关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了氢原子光谱的规律。玻尔的成功，使量子理论取得重大进展，推动了量子物理学的形成，具有划时代的意义。 3 一. 实验规律 记录氢原子光谱原理示意图 氢放电管 2~3 kV 光阑 全息干板 三棱镜 （或光栅） 光 源 4 氢光谱的里德伯常量 (3) k = 2 (n = 3, 4, 5, … ) 谱线系 —— 赖曼系 （1908年） (2)谱线的波数可表示为 k = 1 (n = 2, 3, 4, … ) 谱线系 —— 巴耳末系（1880年） (1) 分立线状光谱 氢原子的巴耳末线系照片 5 2. 跃迁假设 二. 玻尔氢原子理论 1. 定态假设 原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率 稳定状态 这些定态的能量不连续 不辐射电磁波 电子作圆周运动 v 6 r 向心力是库仑力 由上两式得, 第 n 个定态的轨道半径为 r2=4r1 r3=9r1 3. 角动量量子化假设 电子能量 -13.6 eV 轨道角动量 玻尔半径 7 En ( eV) 氢原子能级图 莱曼系 巴耳末系 帕邢系 布拉开系 -13.6 -1.51 -3.39 0 光频 n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6 8 波数（波长的倒数） 当时实验测得 其中计算得到 这一数值与实验测得结果符合很好。为此，玻尔于1922年12月10日诺贝尔诞生100周年之际，获诺贝尔物理学奖。 9 里德伯 - 里兹并合原则 (1896年) 卢瑟福原子的有核模型 （1911年） 普朗克量子假设 （1900年） 玻尔氢原子理论 (1913年）28岁 说 明 成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来。 局限性:不能处理复杂原子的问题，根源在于对微观 粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念 10