高二物理竞赛波尔(Bohr)的氢原子理论课件.pptx

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1、一、经典理论的困难一、经典理论的困难1 1 经典理论（行星模型）对原子体系的描述经典理论（行星模型）对原子体系的描述经典理论（行星模型）对原子体系的描述经典理论（行星模型）对原子体系的描述库仑力提供电子绕核运动的向心力：库仑力提供电子绕核运动的向心力：原子体系的能量：原子体系的能量：电子轨道运动的频率电子轨道运动的频率：1、波尔波尔(Bohr)的氢原子理论的氢原子理论Zee玻尔的基本假设玻尔的基本假设氢原子光谱的经验公式：两边同乘 ：左边：左边：左边：左边：为每次发射光子的能量；右边：右边：右边：右边：也必为能量，应该是原子在辐射前后的能量之差原子的能量采用负值，则原子能量的一般表示：1903

2、 Planck 1903 Planck 能量量子化能量量子化;1905 Einstein;1905 Einstein光量子理论。光量子理论。物理物理物理物理含义含义含义含义玻尔基本假设玻尔基本假设(1913年年)(1)(1)定态定态定态定态（stationary statestationary state）假设假设假设假设电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运动，且不辐射电磁波，能量稳定。动，且不辐射电磁波，能量稳定。动，且不辐射电磁波，能量

3、稳定。动，且不辐射电磁波，能量稳定。电子轨道电子轨道电子轨道电子轨道r rn n和能量和能量和能量和能量E En n都是分立的都是分立的都是分立的都是分立的玻尔基本假设玻尔基本假设(1913年年)(2)(2)跃迁跃迁跃迁跃迁（transitiontransition）假设假设假设假设发射发射发射发射原子在不同定态之间跃迁，以电磁原子在不同定态之间跃迁，以电磁原子在不同定态之间跃迁，以电磁原子在不同定态之间跃迁，以电磁辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。频率条件频率条件频率条件频率条件吸收吸收吸收吸收hn普朗克常数普朗克常数跃迁频率：跃

4、迁频率：跃迁频率：跃迁频率：一个硬性的规定常常是在建立一个新理一个硬性的规定常常是在建立一个新理论开始时所必须的。论开始时所必须的。(3)(3)角动量量子化假设角动量量子化假设角动量量子化假设角动量量子化假设 为保证定态假设中能量取不连续值，必须为保证定态假设中能量取不连续值，必须 取不连续值，取不连续值，如何做到？如何做到？玻尔认为：符合经典力学的一切可能轨道中，只有那些玻尔认为：符合经典力学的一切可能轨道中，只有那些玻尔认为：符合经典力学的一切可能轨道中，只有那些玻尔认为：符合经典力学的一切可能轨道中，只有那些角动量为角动量为角动量为角动量为 的整数倍的轨道才能实的整数倍的轨道才能实的整数

5、倍的轨道才能实的整数倍的轨道才能实际存在际存在际存在际存在玻尔基本假设玻尔基本假设(1913年年)对应原理对应原理关于氢原子的主要结果关于氢原子的主要结果1 1、量子化轨道半径、量子化轨道半径圆周运动：电子定态轨道角动量满足量子化条件：氢原子氢原子氢原子氢原子(第一第一第一第一)玻尔半径玻尔半径玻尔半径玻尔半径轨道量子化轨道量子化电电子子的的轨轨道道半半径径只只能能是是 ，等等玻玻尔尔半半径径的的整整数数倍倍，即轨道半径是量子化的。即轨道半径是量子化的。电子的轨道运动速度：精细结构常数：精细结构常数：精细结构常数：精细结构常数：有用的组合常数：氢原子的第一玻尔速度：氢原子的第一玻尔速度：基态氢

6、原子中电子在的基态氢原子中电子在的运动速度是光速的运动速度是光速的1/137!1/137!电动力学电动力学相对论相对论量子力学量子力学2 2、量子化能量、量子化能量能量的数值是分立的，能量量子化n称为称为量子数量子数，不同，不同n对应不同的对应不同的能级能级 基态基态基态基态（ground stateground state）激发态激发态激发态激发态（excited stateexcited state）氢原子氢原子能级能级图图激激发发态态基态基态自自由由态态电离能：电离能：将一个将一个基态电子电离需基态电子电离需要的最少能量。要的最少能量。若定义氢原子的基态若定义氢原子的基态能量为能量为0，

7、则，则把基态氢原子的电子移到把基态氢原子的电子移到无穷远时所需要的能量，无穷远时所需要的能量，即氢原子的即氢原子的电离能电离能。（理论值）（理论值）（理论值）（理论值）（实验值）（实验值）（实验值）（实验值）3 3、氢原子光谱、氢原子光谱帕邢系帕邢系帕邢系帕邢系氢原子电子轨道氢原子电子轨道氢原子电子轨道氢原子电子轨道赖曼系赖曼系赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系巴耳末系巴耳末系氢原子能级图氢原子能级图氢原子能级图氢原子能级图a04a09a016a0同一量子数同一量子数n，对应一个能级和轨道；，对应一个能级和轨道；轨道半径轨道半径rn n2，|En|1/n2n,r,E0相邻轨道半径随相邻轨道半径随n的

8、增加而增大；的增加而增大；相邻能级的间隔随相邻能级的间隔随n的增加而减小；的增加而减小；玻尔理论解决了原子光谱分立性和原子的稳定性玻尔理论解决了原子光谱分立性和原子的稳定性玻尔理论解决了原子光谱分立性和原子的稳定性玻尔理论解决了原子光谱分立性和原子的稳定性The Nobel Prize in Physics 1922The Nobel Prize in Physics 1922for his services in the investigation of the for his services in the investigation of the structure of atomsst

9、ructure of atoms and of the and of the radiation radiation emanatingemanating from them from themN.Bohr N.Bohr(1885-(1885-1962)1962)玻尔理论成功的解释了氢光谱，揭开了近三十年的玻尔理论成功的解释了氢光谱，揭开了近三十年的“巴耳末公式之谜巴耳末公式之谜”4 4、非量子化轨道跃迁、非量子化轨道跃迁连续谱的形成连续谱的形成 俘获前：俘获后：电子处于氢原子某一能量状态，减少的能量以光子的形式辐射，频率连续分布频率连续分布频率连续分布频率连续分布,在线系在线系在线系在线系限

10、的短波方向。限的短波方向。限的短波方向。限的短波方向。势能为零，动能可连续取值连续谱是由自由电子与氢离子连续谱是由自由电子与氢离子结合形成氢原子时产生的光谱结合形成氢原子时产生的光谱核电荷核电荷毕克林富勒毕克林富勒毕克林富勒毕克林富勒:宇宙氢谱线宇宙氢谱线宇宙氢谱线宇宙氢谱线玻尔：玻尔：玻尔：玻尔：HeHe+谱线谱线谱线谱线当当m m=4=4 时，时，n n=5,6,7,.=5,6,7,.n n=6,8,10.=6,8,10.类似氢原子的巴尔末系，但不重合；类似氢原子的巴尔末系，但不重合；类似氢原子的巴尔末系，但不重合；类似氢原子的巴尔末系，但不重合；n n=5,7,9.=5,7,9.中间的谱线中间的谱线中间的谱线中间的谱线 类氢离子光谱的正确解释，是玻尔理论被接受的一个关键问题。类氢离子光谱的正确解释，是玻尔理论被接受的一个关键问题。类氢离子光谱的正确解释，是玻尔理论被接受的一个关键问题。类氢离子光谱的正确解释，是玻尔理论被接受的一个关键问题。与经验公式一致与经验公式一致