量子玻尔氢原子理论精选文档.ppt

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1、量子玻尔氢原子理论本讲稿第一页，共二十五页1、旧量子力学时代、旧量子力学时代1913年物理学家玻尔（年物理学家玻尔（NBohr）根据卢瑟福）根据卢瑟福（Rutherford）原子模型及氢原子光谱提出了）原子模型及氢原子光谱提出了氢原子理论，初步奠定了原子物理基础。氢原子理论，初步奠定了原子物理基础。玻玻尔尔于于19221922年年1212月月1010日日诺诺贝贝尔尔诞诞生生100100周周年年之之际际，获获诺诺贝贝尔尔物物理学奖。理学奖。量子力学的发展阶段量子力学的发展阶段本讲稿第二页，共二十五页2、新量子力学时代、新量子力学时代 1924年德布罗意（年德布罗意（De Broglie）提出了波

2、粒二）提出了波粒二象性，尔后由德国的薛定谔（象性，尔后由德国的薛定谔（S c h rd I n g e r）与海森伯（与海森伯（Heisenbeng）等建立了量子力学。）等建立了量子力学。o本讲稿第三页，共二十五页 十十九九世世纪纪末末二二十十世世纪纪初初，一一些些实实验验现现象象相相继继发发现现，如如电电子子、X 射射线线和和放放射射性性元元素素的的发发现现表表明明原原子子是是可可以以分分割割的的，它它具具有有比比较较复复杂杂的的结结构构，原原子子是是怎怎样样组组成成的的？原原子子的的运运动动规规律律如如何何？对对这这些些问问题题的的研研究形成了原子的量子理论。究形成了原子的量子理论。一、原

3、子结构的探索 1897年年，J.J.汤汤姆姆逊逊发发现现电电子子以以后后，人人们们就就知知道道原原子子中中除除有有电电子子以以外外，一一定定还还存存在在着着带带正正电电的的部部分分。而而且且原原子子内内正正、负负电电荷荷相相等等。电电子子和和正正电电荷荷是是如如何何分分布的呢？布的呢？本讲稿第四页，共二十五页1.J.J汤姆逊原子模型 1903年年 J.J.汤汤姆姆逊逊提提出出，原原子子中中的的正正电电荷荷和和原原子子质质量量均均匀匀地地分分布布在在半半径径为为10-10m的的球球体体内内，电电子子浸浸于于此此球球体体中中，即即“葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型”。卢卢瑟瑟福福是是J.J.汤汤姆姆逊

4、逊的的学学生生，提出了原子的有核模型。提出了原子的有核模型。本讲稿第五页，共二十五页 粒子散射实验 2、卢瑟福的原子有核模型 卢卢瑟瑟福福用用 粒粒子子轰轰击击原原子子，探探索索原原子子内内部部结结构，并提出原子的有核模型。构，并提出原子的有核模型。粒子为氦核粒子为氦核以以c/15轰击金箔，轰击金箔，在在原原子子中中带带电电物物质质的的电电场场力力作作用用下下，使使它它偏偏离离原原来的入射方向，从而发生散射现象。来的入射方向，从而发生散射现象。氦氦核核质质量量是是电电子子质质量量的的 7500倍倍，粒粒子子运运动动不不受受电电子影响子影响。本讲稿第六页，共二十五页 粒子粒子镭放射源镭放射源 荧

5、光屏荧光屏显微镜显微镜金箔金箔绝绝大大部部分分粒粒子子经经金金箔箔散散射射后后，散散射射角角很很小小23，1/8000的的粒粒子子偏偏转转大大于于90 本讲稿第七页，共二十五页卢瑟福原子有核模型.原原子子的的中中心心是是原原子子核核，几几乎乎占占有有原原子子的的全全部部质质量量，集中了原子中全部的正电荷。集中了原子中全部的正电荷。.电子绕原子核旋转。电子绕原子核旋转。.原子核的体积比原子的体原子核的体积比原子的体积小得多。积小得多。原子半径原子半径10-10m原子核半径原子核半径10-14 10-15m本讲稿第八页，共二十五页 粒粒子子散散射射实实验验确确定定了了原原子子有有核核结结构构，但但

6、它它对对核核外外电电子子并并没没提提供供什什么么信信息息，原原子子光光谱谱提提供供了了这这方方面面的信息。的信息。每种原子光谱有固定分布，可根据光谱分析物质每种原子光谱有固定分布，可根据光谱分析物质的元素组成。的元素组成。二、氢原子光谱的规律性本讲稿第九页，共二十五页氢 原 子 光 谱1.巴尔末光谱线系 1885年年，瑞瑞士士数数学学家家巴巴尔尔末末首首先先发发现现氢氢原原子子的的线光谱在可见光部分的谱线。线光谱在可见光部分的谱线。巴尔末公式常数常数 当当 n=3，4，5，6，为四条可见光谱线，为四条可见光谱线当当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线，为四条紫外部分谱线本讲稿第十页，共二十

7、五页本讲稿第十一页，共二十五页1896年里德伯（瑞士）引入波数年里德伯（瑞士）引入波数波数：波数：单位长度中所包含的波形数目单位长度中所包含的波形数目里德伯常数里德伯常数本讲稿第十二页，共二十五页2.莱曼线系 光谱在紫外区域的谱线光谱在紫外区域的谱线-莱曼线系。莱曼线系。3.其它线系 在红外区还有三个线系在红外区还有三个线系帕邢系帕邢系本讲稿第十三页，共二十五页布拉开系布拉开系普丰特系普丰特系莱曼系莱曼系莱曼系莱曼系巴尔末系巴尔末系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系布拉开系布拉开系普丰特系普丰特系普丰特系普丰特系本讲稿第十四页，共二十五页4.广义巴尔末公式 莱莱曼曼系系巴

8、巴尔尔末末系系帕帕邢邢系系布布拉拉开开系系普普丰丰特特系系注：注：本讲稿第十五页，共二十五页三、氢原子的玻尔理论本讲稿第十六页，共二十五页1）定态假设：）定态假设：原原子子系系统统只只能能存存在在于于一一系系列列不不连连续续的的能能量量状状态态中中（E1、E2、E3），在在这这些些状状态态中中，电电子子绕绕核核作作加加速速运运动动而而不不辐辐射射能能量量，这这种种状状态态称称为为原原子子系系统统的稳定状态（定态）的稳定状态（定态）2）量子化条件：量子化条件：电子以速度电子以速度 v 在半径为在半径为 r 的圆周上的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量绕核运动时，只有电子的角动量 L 等于等于h/

9、2 的整数的整数倍的那些轨道才是稳定的倍的那些轨道才是稳定的 1913年英国剑桥大学的学生年英国剑桥大学的学生NBohr提出了一个提出了一个假设，成功地解释了假设，成功地解释了H原子光谱。原子光谱。本讲稿第十七页，共二十五页n叫做主量子数叫做主量子数 当当原原子子从从定定态态 Ei 跃跃迁迁到到定定态态 Ef 要要发发射射或或吸吸收收频率为频率为 的光子的光子当当 EiEf 原子发射光子原子发射光子当当 Ei1 的为激发态。的为激发态。本讲稿第二十三页，共二十五页赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系.氢原子的电离能氢原子的电离能电离能：电离能：把电子从氢原子第一玻尔轨道移到

10、无穷远把电子从氢原子第一玻尔轨道移到无穷远所需能量。所需能量。本讲稿第二十四页，共二十五页成功：成功：解释解释 了了H光谱，尔后有人推广到类光谱，尔后有人推广到类H原子原子 （）也获得成功（只要将）也获得成功（只要将 电量换成电量换成Ze（Z为原序数）。他的定态跃为原序数）。他的定态跃 迁的思想至今仍是正确的。并且它是导致迁的思想至今仍是正确的。并且它是导致 新理论的跳板。新理论的跳板。1922年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。局限：局限：只能解释只能解释H及类及类H原子，解释不了原子原子，解释不了原子 的精细结构。的精细结构。原因：原因：它是半经典半量子理论的产物。还应用了它是半经典半量子理论的产物。还应用了 经典物理的轨道和坐标的概念经典物理的轨道和坐标的概念4.玻尔理论的成功与局限玻尔理论的成功与局限本讲稿第二十五页，共二十五页