原子物理課件

教學為本，質量立校。博學而篤志，切問而近思。教學為本，質量立校。博學而篤志，切問1教學為本，質量立校。博學而篤志，切問玻爾氫原子理論玻爾氫原子理論2玻爾氫原子理論玻爾氫原子理論21.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射紫外災難19世紀末在西歐的一次新年聚餐會上開爾文致辭時說，整個物理學大廈已經(jīng)建立起來了，后人只不過對這座大廈做些修修補補的工作而已。在物理學家慶幸物理學大廈竣工的同時，開爾文曾憂心忡忡地講，在晴朗的物理學天空中還漂浮著兩朵令人不安的小小烏云。然而就是這兩朵烏云釀成了物理學的暴風驟雨，導致了近代物理的誕生！一、背景知識1.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射19世紀末在西31.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射19世紀末在西（1）普朗克黑體輻射理論—解決了黑體輻射的紫外災難問題

黑體是由帶電的線性諧振子所組成，這些諧振子的能量是不能連續(xù)變化的，只能取一些分立值,這些分立值是最小能量0的整數(shù)倍，即0,20、3

0……稱為諧振子的能級。頻率為的諧振子的最小能量0=hν稱為能量子。黑體在輻射和吸收能量時是以能量子的形式進行的。

1900年12月14日，在柏林德國物理學的一次會議上報告了他的成果，這一天被定為量子論的生日。1918年獲諾貝爾物理學獎。1900年定為量子誕生之年。（1）普朗克黑體輻射理論黑體是由帶電的線性諧振子所4（1）普朗克黑體輻射理論黑體是由帶電的線性諧振子所（2）愛因斯坦光量子假設—解釋和說明光電效應的實驗規(guī)律光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形式存在的，它們以能量子的形式在空間傳播，在真空中以光速運行。在光與物質相互作用時，它們一束一束地被發(fā)射和吸收。頻率為的單色光其一束的能量為，這一束稱為光量子，簡稱光子。學習指導：1.簡述黑體輻射的實驗規(guī)律和普朗克量子化假設的內容，并導出普朗克黑體輻射公式.2.試用愛因斯坦光量子假設解釋光電效應的實驗規(guī)律.1905年時的愛因斯坦，當時是他的多產(chǎn)時期。1921年獲諾貝爾物理學獎。（2）愛因斯坦光量子假設光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形5（2）愛因斯坦光量子假設光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形2.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗否定了湯姆遜模型,建立了盧瑟福原子模型。盧瑟福（1871——1937）新西蘭人，歷任加拿大麥吉爾大學、英國曼徹斯特維多利亞大學教授、劍橋大學卡文迪許實驗室主任、英國皇家學會會長。1902年獲諾貝爾化學獎。2.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗62.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗按照盧瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量，半徑減少，最后沿一條螺旋線墜落到原子核上，原子將坍塌，成為不穩(wěn)定的體系，原子光譜是連續(xù)譜。事實上原子是穩(wěn)定的，原子光譜是線狀譜。這與實驗不符.經(jīng)典物理遇到了困難??！經(jīng)典物理無法作出解釋·！??？?經(jīng)典物理無法解釋原子穩(wěn)定性問題?。“凑毡R瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量7按照盧瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量2.氫原子光譜實驗規(guī)律線狀光譜五個線系：賴曼系、巴爾末系、帕邢系、布喇開系和普芳德系等譜線的波數(shù)歸結為廣義巴爾末公式氫原子光譜項并合原則學習指導原子光譜是線狀譜？廣義巴爾末公式中的正整數(shù)代表了原子內部哪些信息？2.氫原子光譜實驗規(guī)律學習指導82.氫原子光譜實驗規(guī)律學習指導2.氫原子光譜實驗規(guī)

Hα6563HHH486143414102巴爾末線系的前4條譜線波長埃氫原子光譜的實驗規(guī)律HαHHH巴9HαHHH巴以氫原子為例，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原子核運動的運動頻率或基頻的整數(shù)倍.事實上氫原子光譜是線狀譜，分五個線系.經(jīng)典物理無法作出解釋??！為什么？?經(jīng)典物理無法解釋原子發(fā)光問題??！以氫原子為例，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原10以氫原子為例，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)

哥本哈根大學哲學博士,曾赴英深造,回國后任哥本哈根大學教授及理論物理研究所所長,丹麥原子能委員會主席,丹麥皇家科學院院長.1913年提出氫原子結構和氫光譜理論,稍后又提出“對應原理”,對量子論和量子力學的建立起到了重要作用.1927年提出“互補原理”.在原子核反應理論及解釋重核裂變有突出貢獻.曾提出核的液滴模型和復合核的概念.1922年獲諾貝爾物理學獎.以他為首的哥本哈根學派對量子力學作出了與愛因斯坦和薛定諤等人不同觀點的基本解釋.著有《光譜和原子構造理論》和《原子論和自然界的描述》等著作.巴斯德說：

在觀察的領域中機遇只偏愛那種有準備的頭腦。愛因斯坦說：想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。嚴格地說，想象力是科學研究中的實在因素。一、玻爾基本假設玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)巴斯德11玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)巴斯德量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但當時很少有人注意他的文章，更不用說理解它了，就連普朗克本人也不喜歡自己的“量子”。他與很多人一起想把量子納入經(jīng)典軌道。可是，愛因斯坦卻認真對待這一革命性的觀念。他在提出狹義相對論的同年（1905年）明確提出了光量子的概念。無獨有偶，愛因斯坦的論文同樣不受名人的重視；甚至到了1913年德國最著名的四位物理學家（包括普朗克在內）在一封信中還把愛因斯坦的光量子概念說成是“迷失了方向”。可是，當時年僅28歲的丹麥物理學家N.玻爾卻創(chuàng)造性地把量子的概念用到了人們持懷疑的盧瑟福原子結構模型，連續(xù)發(fā)表了三篇關于原子結構和光譜的文章，解釋近30年的光譜之迷。江澤民說：創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但12量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但1.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律盧瑟福原子的核式結構模型普朗克黑體輻射理論和愛因斯坦的光量子假說.自學指導：1.簡述氫原子光譜的實驗規(guī)律.2.盧瑟福原子的核式結構模型提出的實驗依據(jù)是什么？3.簡述普朗克量子化假設和愛因斯坦的光量子假說1.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律自學指導：131.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律自學指導：1.實驗基礎原子光譜2.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡稱定態(tài)。這些定態(tài)各與一定的能量E1,E2相對應，在這些定態(tài)下，電子雖作加速運動，但不向外輻射能量。頻率條件原子從一個能量Ei的定態(tài)躍遷到能量Ej的定態(tài)時，會發(fā)出（或吸收）一個光子，這個光子的頻率滿足下列關系：恩格斯說：只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。2.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡142.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿足:學習指導定態(tài)假設回答了原子的哪些問題？（原子穩(wěn)定性）頻率條件回答了原子的哪些問題？（原子發(fā)光）圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿15圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作勻速率圓周運動電子與核之間的作用遵守庫侖定律，電子的運動遵循牛頓運動定律二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作16二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作2.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學從描述性科學發(fā)展成為“精確科學”的杠桿和橋梁。二式聯(lián)立,求得軌道半徑和速度分別為2.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學172.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=6核氫原子中電子軌道圖？氫原子中電子處n=1,2時的軌道半徑和速度各是多少？（2001年山師大考研題）軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=618軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=63.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.原子核靜止，其動能為零原子的能量即為電子的動能和勢能之和，即根據(jù)氫原子的能級公式3.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.根據(jù)氫原193.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.根據(jù)氫原141312111098765

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電離連續(xù)區(qū)氫原子能級圖

能量(ev)14學習指導什么是基態(tài)、激發(fā)態(tài)和電離態(tài)？隨著n的增加相鄰能級間隔發(fā)生怎樣變化？氫原子能級圖14131211109876520141312111098765三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

原子在兩個定態(tài)之間躍遷時發(fā)出光子的：里德伯常數(shù)的理論值EnEmhν三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

21三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

2.氫原子光譜成因—能級之間躍遷2.氫原子光譜成因—能級之間躍遷222.氫原子光譜成因—能級之間躍遷2.氫原子光譜成因—能級之間n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系（紫外線）布喇開系普芳德系巴耳末系HHHH帕邢系（紅外線）電子軌道躍遷圖根據(jù)玻爾理論可知，氫原子光譜是電子在不同軌道之間躍遷產(chǎn)生的.能級和軌道存在一一對應關系n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系布喇開系普芳德系23n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系布喇開系普芳德系3.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入量子數(shù)為n的軌道，發(fā)出光子的能量為

（1）自由電子的動能可連續(xù)變化（2）實驗中有大量氫原子參與結論：電子的非量子化軌道躍遷產(chǎn)生連續(xù)譜學習指導：1.為什么在實驗中能觀察到包括連續(xù)譜在內的全部譜線？2.當氫原子從第二激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時，能發(fā)出多少條譜線？它們各屬于哪些線系？畫出能級躍遷圖？3.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入243.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的!里德伯常數(shù)的理論值和實驗值（RH=10967758m-1）的前四位有效數(shù)字完全相同.由玻爾理論可以推出氫原子廣義巴爾末公式，氫原子的光譜項與能級存在一一對應關系，最大的光譜項對應最低的能級，其關系為學習指導：1.導出廣義巴爾末公式，說明光譜項的物理意義.2.利用里德伯常數(shù)或光譜項表示氫原子的能級。結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的25結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置

4.14.94.94.9I

05101520VKGABCD1915年由夫蘭克和赫茲完成，結論：夫蘭克-赫茲實驗直接證明了原子內部確實存在能級。學習指導：簡述夫蘭克—赫茲實驗，說明其對量子理論發(fā)展作的貢獻，給出實驗的大致數(shù)據(jù).（2000年華東師大考研題）實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置4.126實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置4.1四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義第一次把量子的概念引入了原子領域（1913年連續(xù)發(fā)表了三篇關于原子理論的文章—偉大的三部曲）原子定態(tài)的概念至今有效輻射頻率法則解釋了近30多年的原子發(fā)光之迷，說明了氫原子光譜五線系的成因，預言了類氫原子光譜玻爾理論是由經(jīng)典力學向量子力學過渡的橋梁古之立大志者，不惟有超世之才，亦必有堅忍不拔之志?！K軾四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義古之立大27四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義古之立大2.玻爾理論的缺陷量子化假設是人為施加的，沒有理論基礎它是建立在經(jīng)典物理的基礎上的，帶有濃厚的經(jīng)典物理的色彩（如軌道的概念等）.由于微觀粒子具有波粒二象性，所以它不能完全描述微觀粒子的性質和運動對原子光譜線的強度、寬度、干涉、衍射和偏振無法做出說明韋斯科夫說：什么是模型？模型就是奧地利的火車時刻表。奧地利的火車經(jīng)常晚點，乘客問列車員：“你們干嗎還要時刻表？”列車員回答：“有了時刻表，你才知道火車的晚點呀！”2.玻爾理論的缺陷量子化假設是人為施加的，沒有理論基礎韋斯282.玻爾理論的缺陷量子化假設是人為施加的，沒有理論基礎韋斯3.量子物理學展望在理論研究進展繼玻爾理論之后，由薛定諤、海森堡等物理學家建立了描述微觀粒子的量子力學。從量子力學基本原理出發(fā)所給出的許多結論，都與實驗結果相符合。量子力學現(xiàn)已在材料、化學、生物、微電子學和天文星際大分子等各個學科研究領域獲得廣泛應用，并取得了豐碩成果。它與相對論一起構成現(xiàn)代物理學的兩大基石。近年來，在量子力學及其相關領域的研究極為活躍，并取得了重要進展。例如，量子的非定域性得以肯定，實現(xiàn)了糾纏相干態(tài)的制備，成為量子力學中最基本的物理圖象之一，形成了量子信息和和量子密碼等新興的量子信息學科，為量子計算機的研究提供了理論依據(jù)。境自遠塵皆入詠，物含妙理總堪尋?！猍清]乾隆3.量子物理學展望在理論研究進展境自遠塵皆入詠，293.量子物理學展望在理論研究進展境自遠塵皆入詠，3.量子物理小結掌握玻爾基本假設的實驗基礎和假設內容。重點掌握玻爾圓軌道理論，記住并熟練導出氫原子的電子軌道半徑和原子能級公式。熟練運用玻爾理論解決類氫原子。熟練導出廣義里德伯公式，正確解釋氫原子光譜的成因。了解玻爾理論的地位、缺陷和量子物理發(fā)展的前沿。楊福家說：

成功的教學必須誘發(fā)問題：聽了課，讀了書，只感到“聽得舒服，讀來就懂”是不夠的，真正的收獲還應該反映在有沒有產(chǎn)生新的問題。小結掌握玻爾基本假設的實驗基礎和假設內容。楊福家說：30小結掌握玻爾基本假設的實驗基礎和假設內容。楊福家說：課外練習1.試求氫原子的第一激發(fā)能和基態(tài)的電離能.2.電子以速率v垂直射入勻強磁場B中，試用玻爾理論求電子運動的軌道半徑和能級.（南京大學考研題）3.計及原子核的運動，試利用玻爾理論導出氫原子中電子和核的距離公式和氫原子的能級公式。楊福家說：我們特別鼓勵同學們經(jīng)常地相互討論，勇于提出問題，共同創(chuàng)造一個濃厚學術氣氛的學習環(huán)境》課外練習1.試求氫原子的第一激發(fā)能和基態(tài)的電離31課外練習1.試求氫原子的第一激發(fā)能和基態(tài)的電離課外自學參考書目原子物理學（楮圣麟）：玻爾的氫原子理論和關于原子的普遍規(guī)律原子物理學（楊福家）：原子的量子態(tài)玻爾模型楊福家說：所謂智能，是指人們運用知識的才能；培養(yǎng)智能，主要是培養(yǎng)自學能力、思維能力、表達能力、研究能力和組織管理能力。知識的增長必然孕育著新問題的產(chǎn)生。課外自學參考書目原子物理學（楮圣麟）：玻爾的氫原子理論和關于32課外自學參考書目原子物理學（楮圣麟）：玻爾的氫原子理論和關于

謝謝謝謝33謝謝謝謝33

教學為本，質量立校。博學而篤志，切問而近思。教學為本，質量立校。博學而篤志，切問34教學為本，質量立校。博學而篤志，切問玻爾氫原子理論玻爾氫原子理論35玻爾氫原子理論玻爾氫原子理論351.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射紫外災難19世紀末在西歐的一次新年聚餐會上開爾文致辭時說，整個物理學大廈已經(jīng)建立起來了，后人只不過對這座大廈做些修修補補的工作而已。在物理學家慶幸物理學大廈竣工的同時，開爾文曾憂心忡忡地講，在晴朗的物理學天空中還漂浮著兩朵令人不安的小小烏云。然而就是這兩朵烏云釀成了物理學的暴風驟雨，導致了近代物理的誕生！一、背景知識1.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射19世紀末在西361.量子物理的誕生邁克爾遜--莫雷實驗黑體輻射19世紀末在西（1）普朗克黑體輻射理論—解決了黑體輻射的紫外災難問題

黑體是由帶電的線性諧振子所組成，這些諧振子的能量是不能連續(xù)變化的，只能取一些分立值,這些分立值是最小能量0的整數(shù)倍，即0,20、3

0……稱為諧振子的能級。頻率為的諧振子的最小能量0=hν稱為能量子。黑體在輻射和吸收能量時是以能量子的形式進行的。

1900年12月14日，在柏林德國物理學的一次會議上報告了他的成果，這一天被定為量子論的生日。1918年獲諾貝爾物理學獎。1900年定為量子誕生之年。（1）普朗克黑體輻射理論黑體是由帶電的線性諧振子所37（1）普朗克黑體輻射理論黑體是由帶電的線性諧振子所（2）愛因斯坦光量子假設—解釋和說明光電效應的實驗規(guī)律光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形式存在的，它們以能量子的形式在空間傳播，在真空中以光速運行。在光與物質相互作用時，它們一束一束地被發(fā)射和吸收。頻率為的單色光其一束的能量為，這一束稱為光量子，簡稱光子。學習指導：1.簡述黑體輻射的實驗規(guī)律和普朗克量子化假設的內容，并導出普朗克黑體輻射公式.2.試用愛因斯坦光量子假設解釋光電效應的實驗規(guī)律.1905年時的愛因斯坦，當時是他的多產(chǎn)時期。1921年獲諾貝爾物理學獎。（2）愛因斯坦光量子假設光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形38（2）愛因斯坦光量子假設光的輻射也是一束一束地聚集成量子的形2.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗否定了湯姆遜模型,建立了盧瑟福原子模型。盧瑟福（1871——1937）新西蘭人，歷任加拿大麥吉爾大學、英國曼徹斯特維多利亞大學教授、劍橋大學卡文迪許實驗室主任、英國皇家學會會長。1902年獲諾貝爾化學獎。2.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗392.盧瑟福原子有核模型1909年湯姆遜的學生盧瑟福通過實驗按照盧瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量，半徑減少，最后沿一條螺旋線墜落到原子核上，原子將坍塌，成為不穩(wěn)定的體系，原子光譜是連續(xù)譜。事實上原子是穩(wěn)定的，原子光譜是線狀譜。這與實驗不符.經(jīng)典物理遇到了困難?。〗?jīng)典物理無法作出解釋·?。?？?經(jīng)典物理無法解釋原子穩(wěn)定性問題??！按照盧瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量40按照盧瑟福原子模型電子繞核運動，有加速度，將向外釋放電磁能量2.氫原子光譜實驗規(guī)律線狀光譜五個線系：賴曼系、巴爾末系、帕邢系、布喇開系和普芳德系等譜線的波數(shù)歸結為廣義巴爾末公式氫原子光譜項并合原則學習指導原子光譜是線狀譜？廣義巴爾末公式中的正整數(shù)代表了原子內部哪些信息？2.氫原子光譜實驗規(guī)律學習指導412.氫原子光譜實驗規(guī)律學習指導2.氫原子光譜實驗規(guī)

Hα6563HHH486143414102巴爾末線系的前4條譜線波長埃氫原子光譜的實驗規(guī)律HαHHH巴42HαHHH巴以氫原子為例，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原子核運動的運動頻率或基頻的整數(shù)倍.事實上氫原子光譜是線狀譜，分五個線系.經(jīng)典物理無法作出解釋！！為什么？?經(jīng)典物理無法解釋原子發(fā)光問題?。∫詺湓訛槔?，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原43以氫原子為例，經(jīng)典電動力學認為，原子的發(fā)光頻率等于電子繞原玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)

哥本哈根大學哲學博士,曾赴英深造,回國后任哥本哈根大學教授及理論物理研究所所長,丹麥原子能委員會主席,丹麥皇家科學院院長.1913年提出氫原子結構和氫光譜理論,稍后又提出“對應原理”,對量子論和量子力學的建立起到了重要作用.1927年提出“互補原理”.在原子核反應理論及解釋重核裂變有突出貢獻.曾提出核的液滴模型和復合核的概念.1922年獲諾貝爾物理學獎.以他為首的哥本哈根學派對量子力學作出了與愛因斯坦和薛定諤等人不同觀點的基本解釋.著有《光譜和原子構造理論》和《原子論和自然界的描述》等著作.巴斯德說：

在觀察的領域中機遇只偏愛那種有準備的頭腦。愛因斯坦說：想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。嚴格地說，想象力是科學研究中的實在因素。一、玻爾基本假設玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)巴斯德44玻爾(N.H.D.Bohr,1885-1962)巴斯德量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但當時很少有人注意他的文章，更不用說理解它了，就連普朗克本人也不喜歡自己的“量子”。他與很多人一起想把量子納入經(jīng)典軌道。可是，愛因斯坦卻認真對待這一革命性的觀念。他在提出狹義相對論的同年（1905年）明確提出了光量子的概念。無獨有偶，愛因斯坦的論文同樣不受名人的重視；甚至到了1913年德國最著名的四位物理學家（包括普朗克在內）在一封信中還把愛因斯坦的光量子概念說成是“迷失了方向”?？墒牵敃r年僅28歲的丹麥物理學家N.玻爾卻創(chuàng)造性地把量子的概念用到了人們持懷疑的盧瑟福原子結構模型，連續(xù)發(fā)表了三篇關于原子結構和光譜的文章，解釋近30年的光譜之迷。江澤民說：創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但45量子史話1900年普朗克發(fā)表了著名的量子假說，但1.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律盧瑟福原子的核式結構模型普朗克黑體輻射理論和愛因斯坦的光量子假說.自學指導：1.簡述氫原子光譜的實驗規(guī)律.2.盧瑟福原子的核式結構模型提出的實驗依據(jù)是什么？3.簡述普朗克量子化假設和愛因斯坦的光量子假說1.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律自學指導：461.實驗基礎原子光譜的實驗規(guī)律自學指導：1.實驗基礎原子光譜2.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡稱定態(tài)。這些定態(tài)各與一定的能量E1,E2相對應，在這些定態(tài)下，電子雖作加速運動，但不向外輻射能量。頻率條件原子從一個能量Ei的定態(tài)躍遷到能量Ej的定態(tài)時，會發(fā)出（或吸收）一個光子，這個光子的頻率滿足下列關系：恩格斯說：只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。2.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡472.玻爾基本假設定態(tài)假設原子中存在一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),簡圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿足:學習指導定態(tài)假設回答了原子的哪些問題？（原子穩(wěn)定性）頻率條件回答了原子的哪些問題？（原子發(fā)光）圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿48圓軌道量子化條件處于定態(tài)時，電子繞核運動的角動量,必須滿二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作勻速率圓周運動電子與核之間的作用遵守庫侖定律，電子的運動遵循牛頓運動定律二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作49二、玻爾的氫原子圓軌道理論1.物理模型原子核不動，電子繞核作2.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學從描述性科學發(fā)展成為“精確科學”的杠桿和橋梁。二式聯(lián)立,求得軌道半徑和速度分別為2.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學502.軌道半徑的量子化愛因斯坦說：數(shù)學方法的應用往往是一門科學軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=6核氫原子中電子軌道圖？氫原子中電子處n=1,2時的軌道半徑和速度各是多少？（2001年山師大考研題）軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=651軌道半徑玻爾第一軌道半徑n=1n=2n=3n=4n=5n=63.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.原子核靜止，其動能為零原子的能量即為電子的動能和勢能之和，即根據(jù)氫原子的能級公式3.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.根據(jù)氫原523.氫原子能級設電子處原子之外時，體系的電勢能為零.根據(jù)氫原141312111098765

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電離連續(xù)區(qū)氫原子能級圖

能量(ev)14學習指導什么是基態(tài)、激發(fā)態(tài)和電離態(tài)？隨著n的增加相鄰能級間隔發(fā)生怎樣變化？氫原子能級圖14131211109876553141312111098765三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

原子在兩個定態(tài)之間躍遷時發(fā)出光子的：里德伯常數(shù)的理論值EnEmhν三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

54三、實驗驗證之一：解釋氫原子光譜1.廣義巴爾末公式的推導

2.氫原子光譜成因—能級之間躍遷2.氫原子光譜成因—能級之間躍遷552.氫原子光譜成因—能級之間躍遷2.氫原子光譜成因—能級之間n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系（紫外線）布喇開系普芳德系巴耳末系HHHH帕邢系（紅外線）電子軌道躍遷圖根據(jù)玻爾理論可知，氫原子光譜是電子在不同軌道之間躍遷產(chǎn)生的.能級和軌道存在一一對應關系n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系布喇開系普芳德系56n=1n=2n=3n=4n=5n=6核賴曼系布喇開系普芳德系3.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入量子數(shù)為n的軌道，發(fā)出光子的能量為

（1）自由電子的動能可連續(xù)變化（2）實驗中有大量氫原子參與結論：電子的非量子化軌道躍遷產(chǎn)生連續(xù)譜學習指導：1.為什么在實驗中能觀察到包括連續(xù)譜在內的全部譜線？2.當氫原子從第二激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時，能發(fā)出多少條譜線？它們各屬于哪些線系？畫出能級躍遷圖？3.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入573.連續(xù)譜的產(chǎn)生—非量子化軌道躍遷自由電子被原子核俘獲，進入結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的!里德伯常數(shù)的理論值和實驗值（RH=10967758m-1）的前四位有效數(shù)字完全相同.由玻爾理論可以推出氫原子廣義巴爾末公式，氫原子的光譜項與能級存在一一對應關系，最大的光譜項對應最低的能級，其關系為學習指導：1.導出廣義巴爾末公式，說明光譜項的物理意義.2.利用里德伯常數(shù)或光譜項表示氫原子的能級。結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的58結論：玻爾理論可以解釋氫原子光譜的形成,說明玻爾理論是正確的實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置

4.14.94.94.9I

05101520VKGABCD1915年由夫蘭克和赫茲完成，結論：夫蘭克-赫茲實驗直接證明了原子內部確實存在能級。學習指導：簡述夫蘭克—赫茲實驗，說明其對量子理論發(fā)展作的貢獻，給出實驗的大致數(shù)據(jù).（2000年華東師大考研題）實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置4.159實驗驗證之二：夫蘭克-赫茲實驗實驗裝置4.1四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義第一次把量子的概念引入了原子領域（1913年連續(xù)發(fā)表了三篇關于原子理論的文章—偉大的三部曲）原子定態(tài)的概念至今有效輻射頻率法則解釋了近30多年的原子發(fā)光之迷，說明了氫原子光譜五線系的成因，預言了類氫原子光譜玻爾理論是由經(jīng)典力學向量子力學過渡的橋梁古之立大志者，不惟有超世之才，亦必有堅忍不拔之志?！K軾四、玻爾理論的地位、缺陷1.玻爾理論的意義古之立