高二物理競賽波爾(Bohr)的氫原子理論課件

一、經(jīng)典理論的困難1．經(jīng)典理論（行星模型）對原子體系的描述庫侖力提供電子繞核運(yùn)動的向心力：原子體系的能量：電子軌道運(yùn)動的頻率：1、

波爾(Bohr)的氫原子理論Zee玻爾的基本假設(shè)氫原子光譜的經(jīng)驗(yàn)公式：兩邊同乘：左邊：為每次發(fā)射光子的能量；

右邊：也必為能量，應(yīng)該是原子在輻射前后的能量之差原子的能量采用負(fù)值，則原子能量的一般表示：1903Planck能量量子化;1905Einstein光量子理論。物理含義玻爾基本假設(shè)(1913年)(1)定態(tài)（stationarystate）假設(shè)電子只能在一系列大小一定、彼此分立的軌道上繞核運(yùn)動，且不輻射電磁波，能量穩(wěn)定。電子軌道rn和能量En都是分立的玻爾基本假設(shè)(1913年)(2)躍遷（transition）假設(shè)發(fā)射原子在不同定態(tài)之間躍遷，以電磁輻射形式吸收或發(fā)射能量。頻率條件吸收hn普朗克常數(shù)躍遷頻率：一個硬性的規(guī)定常常是在建立一個新理論開始時所必須的。(3)角動量量子化假設(shè)

為保證定態(tài)假設(shè)中能量取不連續(xù)值，必須取不連續(xù)值，如何做到？玻爾認(rèn)為：符合經(jīng)典力學(xué)的一切可能軌道中，只有那些角動量為的整數(shù)倍的軌道才能實(shí)際存在玻爾基本假設(shè)(1913年)——對應(yīng)原理關(guān)于氫原子的主要結(jié)果1、量子化軌道半徑圓周運(yùn)動：電子定態(tài)軌道角動量滿足量子化條件：氫原子(第一)玻爾半徑軌道量子化電子的軌道半徑只能是，，等玻爾半徑的整數(shù)倍，即軌道半徑是量子化的。電子的軌道運(yùn)動速度：精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)：有用的組合常數(shù)：氫原子的第一玻爾速度：基態(tài)氫原子中電子在的運(yùn)動速度是光速的1/137!電動力學(xué)相對論量子力學(xué)2、量子化能量能量的數(shù)值是分立的，能量量子化n稱為量子數(shù)，不同n對應(yīng)不同的能級

基態(tài)（groundstate）

激發(fā)態(tài)（excitedstate）

氫原子能級圖激發(fā)態(tài)基態(tài)自由態(tài)電離能：將一個基態(tài)電子電離需要的最少能量。若定義氫原子的基態(tài)能量為0，則把基態(tài)氫原子的電子移到無窮遠(yuǎn)時所需要的能量，即氫原子的電離能。（理論值）（實(shí)驗(yàn)值）3、氫原子光譜帕邢系氫原子電子軌道賴曼系巴耳末系氫原子能級圖a04a09a016a0同一量子數(shù)n，對應(yīng)一個能級和軌道；軌道半徑rn∝n2，|En|∝1/n2n∞,r∞,E0相鄰軌道半徑隨n的增加而增大；相鄰能級的間隔隨n的增加而減??；玻爾理論解決了原子光譜分立性和原子的穩(wěn)定性TheNobelPrizeinPhysics1922forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthemN.Bohr(1885-1962)玻爾理論成功的解釋了氫光譜，揭開了近三十年的“巴耳末公式之謎”4、非量子化軌道躍遷——連續(xù)譜的形成

俘獲前：

俘獲后：電子處于氫原子某一能量狀態(tài)，

減少的能量以光子的形式輻射，

頻率連續(xù)分布,在線系限的短波方向。勢能為零，動能可連續(xù)取值連續(xù)譜是由自由電子與氫離子結(jié)合形成氫原子時產(chǎn)生的光譜核電荷畢克林－富勒:宇宙氫譜線玻爾：He+譜線當(dāng)m=4時，n=5,6,7,…..n=6,8,10…..類似氫原子