2021-2022学年高二物理竞赛课件：氢原子光谱和玻尔的量子论.pptx

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1、氢原子光谱和玻尔的量子论12氢原子光谱和玻尔的量子论氢原子光谱和玻尔的量子论 一、原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾一、原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾 汤姆孙模型：正电部分均匀分布在汤姆孙模型：正电部分均匀分布在整个原子球体内，电子对称地镶嵌整个原子球体内，电子对称地镶嵌在球内不同位置。在球内不同位置。原子中的正电部分和负电部分如何构成原子？原子中的正电部分和负电部分如何构成原子？粒子实验：用粒子实验：用 粒子轰击金箔粒子轰击金箔中的原子。少数中的原子。少数 粒子发生大角度粒子发生大角度散射，个别散射，个别 粒子被反弹（右图）。粒子被反弹（右图）。3经典物理学理论对于原子的核型结构

2、的两点结论：经典物理学理论对于原子的核型结构的两点结论：(1)原子不断地向外辐射电磁波，随着电子运动原子不断地向外辐射电磁波，随着电子运动轨道半径的不断减小，辐射的电磁波的频率将轨道半径的不断减小，辐射的电磁波的频率将发生连续变化；发生连续变化；(2)原子的核型结构是不稳定结构，绕核旋转的电子原子的核型结构是不稳定结构，绕核旋转的电子最终将落到原子核上。最终将落到原子核上。卢瑟福的核型结构模型：原子中央存在原子卢瑟福的核型结构模型：原子中央存在原子核，几乎集中了原子的全部质量，电子以封核，几乎集中了原子的全部质量，电子以封闭轨道绕核旋转。闭轨道绕核旋转。4经典物理学理论的上述结论是与实际情况不

3、经典物理学理论的上述结论是与实际情况不符的。表现在两个方面：符的。表现在两个方面：（1）正常情况原子不辐射能量，受到激）正常情况原子不辐射能量，受到激发时才辐射能量。原子发光的光谱是线发时才辐射能量。原子发光的光谱是线光谱，而不是经典物理学理论所预示的光谱，而不是经典物理学理论所预示的连续谱。连续谱。（2）原子的各种属性具有高度的稳定性，即）原子的各种属性具有高度的稳定性，即原子结构同样具有高度的稳定性。原子结构同样具有高度的稳定性。5二、氢原子光谱的规律性二、氢原子光谱的规律性 氢原子光谱最简单！从最简单开始！氢原子光谱最简单！从最简单开始！可见光范围内容易观察到氢原子光谱的四可见光范围内容

4、易观察到氢原子光谱的四条谱线，表示为条谱线，表示为H H、H H、H H、H H。巴耳末发现可用整数关系表示四条谱线的波长：巴耳末发现可用整数关系表示四条谱线的波长：称为巴耳末系。称为巴耳末系。6光谱学常用波数光谱学常用波数 表示谱线。表示谱线。7 为里德伯常数为里德伯常数紫外区、红外区和远红外区的谱线的波紫外区、红外区和远红外区的谱线的波数数为为 莱曼系莱曼系 帕邢系帕邢系 布拉开系布拉开系 普丰德系普丰德系 8将上述五个公式综合为一个公式：将上述五个公式综合为一个公式：也可以写为也可以写为 其中其中 光谱项光谱项 把对应于任意两个不同整数的光谱项合并起来组成把对应于任意两个不同整数的光谱项

5、合并起来组成它们的差，便得到氢原子光谱中一条谱线的波数，它们的差，便得到氢原子光谱中一条谱线的波数，这个规律称为这个规律称为组合原理组合原理。公式中公式中k和和n取一系列有顺序的正整数。取一系列有顺序的正整数。k从从1开始，开始，n从从k+1开始。开始。9三、玻尔的量子论三、玻尔的量子论 建立的三个基础：原子的核型结构的建立；建立的三个基础：原子的核型结构的建立；氢原子光谱规律；组合原理的发现。氢原子光谱规律；组合原理的发现。玻尔量子论的三个假设：玻尔量子论的三个假设：1 定态假设定态假设：原子处于一系列不连续的原子处于一系列不连续的稳定状态稳定状态。具有一定的能量、不辐射电磁波。具有一定的能

6、量、不辐射电磁波。3 跃迁假设跃迁假设2 角动量量子化角动量量子化10对于氢原子，对于氢原子，由库仑定律和牛顿第二定律，得由库仑定律和牛顿第二定律，得轨道半径和运动速率轨道半径和运动速率为为根据玻尔的三个假设分析氢原子的轨道与能量。根据玻尔的三个假设分析氢原子的轨道与能量。11玻尔半径玻尔半径氢原子系统的总能量氢原子系统的总能量 电子由电子由n跃迁到跃迁到k(n)时，发出光子的频率为时，发出光子的频率为 对应的波数为对应的波数为 12式中式中 代入数据，得代入数据，得R=1.097373 107 m-1 此理论值与里德伯常量的实验值符合得很好。此理论值与里德伯常量的实验值符合得很好。尽管玻尔的量子理论在氢原子问题上取得了很大尽管玻尔的量子理论在氢原子问题上取得了很大 成功，但是由于这个理论是经典力学与量子化条件成功，但是由于这个理论是经典力学与量子化条件 相结合的产物，必然存在自身无法克服的局限性。相结合的产物，必然存在自身无法克服的局限性。所以，它必定要被另一新的理论所以，它必定要被另一新的理论 量子力学量子力学所取代。所取代。