氫原子的玻爾理論

1、 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1885 年瑞士數(shù)學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子年瑞士數(shù)學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子光譜可見光部分的規(guī)律光譜可見光部分的規(guī)律: :, 5 , 4 , 3nm246.365222nnn,一一 近代氫原子觀的回顧近代氫原子觀的回顧 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2氫原子光譜的巴耳末系氫原子光譜的巴耳末系656.3 nm486.1 nm434.1 nm410.2 nm364.6 n

2、m 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3 1890 年瑞典物理學(xué)家里德伯給出氫原子年瑞典物理學(xué)家里德伯給出氫原子光譜公式光譜公式)11(122ifnnR波數(shù)波數(shù) 里德伯常數(shù)里德伯常數(shù) 17m10097. 1R,4321fn, 3, 2, 1fffinnnn 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版4萊曼系萊曼系,32)111(122nnR紫紫 外外,43)121(122nnR巴耳末系巴耳末系可見光可見光 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 1

3、5-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5,65)141(122nnR布拉開系布拉開系,76)151(122nnR普豐德系普豐德系,87)161(122nnR漢弗萊系漢弗萊系,54)131(122nnR帕帕 邢邢 系系紅紅 外外 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版62 盧瑟福的原子有核模型盧瑟福的原子有核模型 1897年，年， J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子. 1903年，湯姆孫提出原子的年，湯姆孫提出原子的“葡萄干蛋葡萄干蛋糕模型糕模型”. 原子中的正電荷和原子的質(zhì)量均勻地分原子中的正電

4、荷和原子的質(zhì)量均勻地分布在半徑為布在半徑為 的球體范圍內(nèi)，電子浸的球體范圍內(nèi)，電子浸于其中于其中 .m1010 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版7盧瑟福盧瑟福 ( (E.Rufherford， 18711937) 英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家. 1899年發(fā)現(xiàn)鈾年發(fā)現(xiàn)鈾鹽放射出鹽放射出、 射線，提出天然放射線，提出天然放射性元素的射性元素的衰變理論和定律衰變理論和定律. 根據(jù)根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的了原子的有核模型有核模型，把原子結(jié)構(gòu)，把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，因而的研究引上了正確的軌道

5、，因而被譽(yù)為原子物理之父被譽(yù)為原子物理之父 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8 盧瑟福的原子有核模型（行星模型）盧瑟福的原子有核模型（行星模型） 原子的中心有一帶正電的原子核原子的中心有一帶正電的原子核 ，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞這個(gè)核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個(gè)原子相比是這個(gè)核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個(gè)原子相比是很小的很小的. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9二二 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論 1

6、經(jīng)典有核模型的困難經(jīng)典有核模型的困難 根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)的電子將不斷向外圓周運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)的電子將不斷向外輻射電磁波輻射電磁波. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版10vFree 原子不斷向外輻射能量，原子不斷向外輻射能量，能量能量逐漸逐漸減小，電子旋轉(zhuǎn)減小，電子旋轉(zhuǎn)的頻率也逐漸改變，發(fā)射的頻率也逐漸改變，發(fā)射光譜應(yīng)是光譜應(yīng)是連續(xù)譜連續(xù)譜； 由于原子總能量減小，由于原子總能量減小，電子將逐漸的接近原子核電子將逐漸的接近原子核而后相遇，原子不穩(wěn)定而后相遇

7、，原子不穩(wěn)定.ee 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11玻玻 爾爾 (Bohr . Niels 18851962) 丹麥理論物理學(xué)家，現(xiàn)代丹麥理論物理學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的創(chuàng)始人之一物理學(xué)的創(chuàng)始人之一.在盧瑟福原子有核模型基礎(chǔ)上在盧瑟福原子有核模型基礎(chǔ)上提出了關(guān)于原子穩(wěn)定性和量子提出了關(guān)于原子穩(wěn)定性和量子躍遷理論的三條假設(shè)，從而完躍遷理論的三條假設(shè)，從而完滿地解釋了滿地解釋了氫原子光譜氫原子光譜的規(guī)律的規(guī)律.1922年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原

8、子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版12 1913年玻爾在盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型的年玻爾在盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，將量子化概念應(yīng)用于原子系統(tǒng)，提基礎(chǔ)上，將量子化概念應(yīng)用于原子系統(tǒng)，提出三條假設(shè)：出三條假設(shè)： 2 玻爾的氫原子理論玻爾的氫原子理論( (2) )頻率條件頻率條件( (1) )定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè)( (3) )量子化條件量子化條件 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版13 電子在原子中可以在一些特定的圓軌道電子在原子中可以在一些特定的圓軌道上運(yùn)動(dòng)而不輻射電磁波，這時(shí)，原子處于穩(wěn)上運(yùn)動(dòng)而不輻射電磁

9、波，這時(shí)，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定態(tài)定態(tài).( (1) )定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè) 與定態(tài)相應(yīng)的能與定態(tài)相應(yīng)的能量分別為量分別為 E1，E2 ， E1 E2 E3 +E1E3 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版14( (2) ) 頻率條件頻率條件fiEEh( (3) )量子化條件量子化條件EfEi發(fā)發(fā)射射吸吸收收2hnrmLv主主量子數(shù)量子數(shù), 321n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版15 3 氫原子軌道半徑和能量的計(jì)算氫原子軌道半徑和能

10、量的計(jì)算 ( (1) )軌道半徑軌道半徑2hnrmnnv 量子化條件：量子化條件：nnnrmre22024v 經(jīng)典力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)：212220nrnmehrn)321(,n+ rn 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16, 玻爾半徑玻爾半徑m 1029. 5112201mehr1n( (2) ) 能量能量nnnremE022421vn第第 軌道電子總能量：軌道電子總能量：212220nrnmehrn)321(,n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第

11、五EnhmeEn( (電離能電離能) )220418hmeEeV 6 .13基態(tài)基態(tài)能量能量) 1( n21nEEn激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)能量能量) 1( n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版18 氫原子能級(jí)躍遷與光譜圖氫原子能級(jí)躍遷與光譜圖萊萊曼曼系系巴巴耳耳末末系系布布拉拉開開系系帕帕邢邢系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n= 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物

12、理學(xué)物理學(xué)第五版第五版194 玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋fiEEhfiifnnnnchmec,)11(812232042220418nhmeEn17m10097. 1( (里德伯常數(shù)里德伯常數(shù)) )Rchme32048 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版20 ( (1) )正確地指出正確地指出原子能級(jí)原子能級(jí)的存在的存在( (原子原子能量量子化能量量子化) ).三三 氫原子玻爾理論的意義和困難氫原子玻爾理論的意義和困難1 意義意義 ( (3) )正確地解釋了氫原子及類氫離子光正確地解釋了氫原子

13、及類氫離子光譜規(guī)律譜規(guī)律. ( (2) )正確地指出正確地指出定態(tài)定態(tài)和和角動(dòng)量量子化角動(dòng)量量子化的的概念概念. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版21 ( (3) )對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等一系列對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等一系列問題無法處理問題無法處理. ( (4) )半半經(jīng)典經(jīng)典半半量子量子理論理論, ,既把微觀粒子看既把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征們量子化的特征.2 缺陷缺陷( (1) )無法解釋無法解釋比氫原子更復(fù)雜的原子比氫原子更復(fù)雜的原子.( (2) )微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的軌道軌道. 第十