學(xué)習(xí)-大物b物理課件

§13.4氫原子光譜和玻爾理論

玻爾（NielsHendrickDavidBohr，1885—1962）丹麥理論物理學(xué)家?，F(xiàn)代物理學(xué)創(chuàng)始人之一。他提出氫原子的模型和理論，提出對(duì)應(yīng)原理。他是原子核的液滴模型和核裂變理論的創(chuàng)立者之一。

1913年，玻爾將量子概念應(yīng)用于微觀系統(tǒng)，提出原子結(jié)構(gòu)模型，成功地計(jì)算氫原子光譜，并預(yù)言了新光譜線。經(jīng)典原子模型（一）湯姆遜模型1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜（J.J.Thomson）首先發(fā)現(xiàn)電子，并于1897年在英國(guó)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室測(cè)定了比荷（e／m），為此于1906年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。電子的電量由美國(guó)物理學(xué)家密立根于1909年測(cè)定（密立根油滴實(shí)驗(yàn)），并于1923年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。電子的質(zhì)量?jī)H為氫原子質(zhì)量的1／2000。--------

1903年湯姆遜提出：正電部分和原子質(zhì)量均勻分布在半徑為的球體內(nèi)，彈性、凍膠狀的負(fù)電荷嵌在（浸于）此球內(nèi)，電子在平衡位置作簡(jiǎn)諧振動(dòng)而發(fā)射同頻率的電磁波。正電荷部分負(fù)電荷（二）盧瑟福（英國(guó)原子物理學(xué)家）模型（1）α粒子散射實(shí)驗(yàn)

1901——1911年，蓋革和馬斯頓進(jìn)行了一系列α粒子散射實(shí)驗(yàn)。放射源（鐳）α粒子束小孔金屬箔熒光屏顯微鏡α粒子探測(cè)器（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（3）原子的核模型（原子的行星模型）

1911年盧瑟福提出：原子中帶正電的部分集中了原子絕大部分的質(zhì)量，并分布在一個(gè)極小區(qū)域內(nèi)（稱為原子核），而電子在它的周圍運(yùn)動(dòng)，好象行星繞太陽(yáng)一樣。α粒子散射相對(duì)數(shù)散射角（θ）原子核電子與實(shí)驗(yàn)相符（4）氫原子經(jīng)典核模型的困難+核電子

電子被原子核捕獲，光譜為連續(xù)光譜。+-r向心力能量?jī)墒铰?lián)立得由電動(dòng)力學(xué)：帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)要向外輻射電磁波，其頻率為帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)的頻率模型特點(diǎn)1、原子不穩(wěn)定2、原子光譜連續(xù)分布（三）實(shí)驗(yàn)規(guī)律記錄氫原子光譜原理示意圖氫放電管2~3kV光闌全息干板

三棱鏡（或光柵）光源氫原子光譜7000?4000?5000?6000?6563?4861?4340?事實(shí)：（a）原子是穩(wěn)定的（b）原子光譜是線狀光譜盧瑟福原子核模型？經(jīng)典電磁理論？氫原子光譜（一）原子特征光譜

從氫氣放電管中獲得氫原子光譜，通過(guò)光譜儀觀察發(fā)現(xiàn)：氫原子光譜為線狀光譜。巴爾末（瑞典中學(xué)教師1885年）公式：巴爾末系（可見(jiàn)光）：波數(shù)里德伯和里茲發(fā)現(xiàn)普遍公式：1916年賴曼系（m=1）：巴爾末系（m=2）：1908年帕邢系（m=3）：1922年布喇開系（m=4）：1924年普芳德系（m=5）：（二）原子特征光譜的規(guī)律（1）線狀、分立（2）同一公式（3）兩項(xiàng)之差玻爾氫原子理論（一）玻爾氫原子模型

1913年玻爾在盧瑟福核式模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合普朗克、愛(ài)因斯坦能量量子化，提出氫原子模型。

假設(shè)：

（1）電子在原子中沿一組特殊軌道運(yùn)動(dòng)，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。電子繞核作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不隨意吸收和發(fā)射輻射，稱為定態(tài)。相應(yīng)的能量

（2）當(dāng)一個(gè)電子以某種方式從一個(gè)定態(tài)向另一個(gè)定態(tài)躍遷時(shí)，原子就會(huì)吸收或發(fā)射光子。由愛(ài)因斯坦光子假設(shè)與經(jīng)典理論不同：（a）此頻率為光子頻率而不是電子振動(dòng)頻率

（3）電子運(yùn)動(dòng)軌道為圓形軌道，電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的角動(dòng)量為的整數(shù)倍，即角動(dòng)量是量子化的：（二）能級(jí)由經(jīng)典力學(xué)：由角動(dòng)量量子化假設(shè)：（1）=（2）得則將（2）代入v

得所以電子能量為（三）能級(jí)圖巴耳末系帕邢系布喇開系普芳德系賴曼系（四）波數(shù)與里德伯公式比較：得理論值實(shí)驗(yàn)值為理論值：玻爾理論的缺陷3、量子化條件的引進(jìn)沒(méi)有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉?。缺乏?nèi)在邏輯性用經(jīng)典理論分析電子運(yùn)動(dòng)，在經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，人為加上了量子化條件，是半經(jīng)典半量子的理論玻爾理論的成就1、較好地解釋了氫原子光譜，說(shuō)明它在一定程度上反映了氫原子和類氫離子系統(tǒng)的客觀事實(shí)。2、為量子力學(xué)奠定了基礎(chǔ)，是宏觀到微觀世界的橋梁。1、僅限于材料氫和類氫原子,對(duì)于復(fù)雜一些的原子光譜規(guī)律無(wú)法解釋2、

玻爾理論仍然以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，定態(tài)假設(shè)又和經(jīng)典理論相抵觸。4、對(duì)于氫原子精細(xì)結(jié)構(gòu)和塞曼效應(yīng)無(wú)法解釋，對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等無(wú)法處理。例1：用能量為12.6eV的電子轟擊氫原子，將產(chǎn)生那些譜線？解：取n=3可能的軌道