第二章-原子的玻尔—索末菲理论课件.ppt

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1、精细结构常数精细结构常数1ppt课件光谱类氢离子，毕克林系折合质量，里德堡常数随不同类氢离子变化Franck-Hertz实验2ppt课件广义广义量子化条件和索末菲理论量子化条件和索末菲理论 A.广义量子化条件广义量子化条件玻尔在氢原子理论中得出，只有满足角动量量子化条件玻尔在氢原子理论中得出，只有满足角动量量子化条件的的电电子子轨轨道道运运动动才才是是实实际际上上可可能能存存在在的的，将将上上式式改改写写一一下下，即即此此式式表表明明，玻玻尔尔考考虑虑的的是是一一个个圆圆形形轨轨道道，这这里里只只有有一一个个变变量量角角度度，r是是常常数数，这这是是一一维维的的角角动动量量量量子子化化条条件件

2、。可可以以将它推广到多维情况。将它推广到多维情况。3ppt课件椭圆轨道能量角动量和法向速度4ppt课件进一步推广到多维，即得到量子化条件的一般表达式进一步推广到多维，即得到量子化条件的一般表达式这这里里是是dq角角移移或或位位移移，pq是是与与q对对应应的的动动量量，即即角角动动量量或或线线动动量量。积积分分指指经经一一周周期期的的积积分分。显显然然，这这个个一一般般表表达达式式包包括括了玻尔的圆周运动的轨道角动量量子化条件。了玻尔的圆周运动的轨道角动量量子化条件。5ppt课件B.玻尔玻尔-索末菲模型索末菲模型在在玻玻尔尔理理论论发发表表不不久久，索索末末菲菲便便于于1916年年提提出出了了椭

3、椭圆圆轨轨道道的的理理论论。索索末末菲菲主主要要做做了了两两件件事事，其其一一是是把把玻玻尔尔的的圆圆形轨道推广为椭圆轨道，其二是引入了相对论修正。形轨道推广为椭圆轨道，其二是引入了相对论修正。索索末末菲菲目目的的是是解解释释在在实实验验观观察察到到的的氢氢光光谱谱的的精精细细结结构构，迈迈克克尔尔逊逊和和莫莫雷雷在在1896年年就就发发现现氢氢的的H线线是是双双线线，后后在在高高分分辨辨率率谱谱仪仪中中呈呈现现出出三三条条线线。玻玻尔尔猜猜测测可可能能是是由由于于电电子子在在椭椭圆圆轨轨道道上上运运动动时时作作进进动动所所引引起起的的。按按此此想想法法索索末末菲菲作作了了计计算算。在在考考虑

4、虑椭椭圆圆轨轨道道并并引引入入相相对对论论修修正正后后，原原来来由由玻玻尔尔模模型型得得到到的的能能级级发发生生分分裂裂，根根据据选选择择定定则则，定定量量计计算算出出了了三三条条H线线，与与实实验验完完全全符符合合。但但这这一一“完完全全符符合合”纯纯粹粹是是一一种种巧巧合合。实实际际上上一一条条H将将呈呈现现出出七七条条精精细细结结构构谱谱线线。对对此，玻尔索末菲模型就完全无能为力了。此，玻尔索末菲模型就完全无能为力了。6ppt课件椭圆轨道推广椭圆轨道推广 索索末末菲菲认认为为电电子子绕绕原原子子核核在在一一个个平平面面上上作作椭椭圆圆运运动动，是是一一个个二二维维的的运运动动。描描述述椭

5、椭圆圆运运动动中中电电子子的的位位置置，可可用用平平面面极极坐坐标标中中的的坐坐标标 和和r，与与这这两两个个坐坐标标对对应应的的广广义义动动量量就就是是角角动动量量L和和动量动量Pr。这体系的能量可表示为。这体系的能量可表示为作作这这样样一一个个二二维维运运动动的的体体系系应应满满足足两两个个量量子子化化条条件件，其其中中nr和和n都都是是整整数数，分分别别称称为为角角量量子子数数和和径径量量子子数数，它它们们之之和和称称为主量子数，为主量子数，即即n=nr+n。由由上上述述式式子子出出发发，经经过过演演算算推推导导，索索末末菲菲给给出出了了椭椭圆圆轨轨道道的长半轴的长半轴a、短半轴、短半轴

6、b以及能量的表达式，即以及能量的表达式，即7ppt课件上上式式所所表表达达的的是是索索末末菲菲推推广广到到椭椭圆圆轨轨道道后后得得到到的的结结果果，把把它它们们与与玻玻尔尔的的圆圆运运动动情情况况相相比比较较，不不难难看看出出：能能量量的的表表达达式式没没变变，但但轨轨道道的的半半径径有有了了长长、短短半半轴轴之之分分，且且出出现现了了两两个个量量子子数数n和和n。这这个个结结果果所所包包含含的的物物理理意意义义是是：轨轨道道的的长长半半轴轴和和体体系系的的能能量量只只决决定定于于主主量量子子数数n，而而与与n无无关关；轨道角动量决定于角量子数轨道角动量决定于角量子数n，形状取决于，形状取决于

7、 b/a=n/n之比。之比。8ppt课件9ppt课件这即意味着，当这即意味着，当n相同相同n不同时，在不同轨道中运动的不同时，在不同轨道中运动的体系会具有相同的能量，这种情况称为简并（或退化）。体系会具有相同的能量，这种情况称为简并（或退化）。例如对同一例如对同一n，由于，由于n=1，2，n，便有，便有n个可能的轨个可能的轨道，我们说它有道，我们说它有n个状态，但这个状态，但这n个状态的能量是相同的，个状态的能量是相同的，故这种情况就被称为故这种情况就被称为n度简并（或退化）。下图所示的度简并（或退化）。下图所示的是氢原子能级简并（或退化）的情况。是氢原子能级简并（或退化）的情况。10ppt课

8、件相对论对圆周轨道的修正相对论对圆周轨道的修正 按按照照相相对对论论原原理理，物物体体在在运运动动时时，其其质质量量不不再再是是常常数数，而而与它的运动速度有关，即与它的运动速度有关，即式式中中m是是物物体体的的静静止止质质量量，v是是物物体体的的速速度度，c是是光光在在真真空空中中的的速速度度。当当vc时时，mmo，这这表表明明满满足足相相应应原原理理；当当v趋趋近于近于c时，时，m将远大于将远大于mo。相对论给出的运动物体的动能表达式是相对论给出的运动物体的动能表达式是11ppt课件与与经经典典公公式式不不同同，当当vc，即即很很小小时时，对对上上式式右右边边第第一一项项作作级级数数展展开

9、开，且且略略去去高高阶阶无无穷穷小小量量，就就得得到到了了动动能能的经典表述形式。的经典表述形式。下下面面将将用用相相对对论论对对圆圆周周轨轨道道进进行行修修正正。让让我我们们从从能能量量角度看，能量可写成动能与势能之和，即角度看，能量可写成动能与势能之和，即根据类氢离子的玻尔理论上式可以写为根据类氢离子的玻尔理论上式可以写为12ppt课件在在上上面面的的简简单单推推导导过过程程中中，我我们们不不难难看看出出相相对对论论效效应应是是如如何何被被考考虑虑进进去去的的。显显而而易易见见，上上式式中中第第一一项项就就是是玻玻尔尔理理论论原原来来给给出出的的，第第二二基基则则是是考考虑虑了了相相对对论

10、论效效应应后后增增加加的的修修正正项项。虽虽然然这这一一简简单单推推导导只只对对圆圆轨轨道道才才成成立立，但但是是，它它已已包包含含了了相相对对论修正引起的主要效果。论修正引起的主要效果。13ppt课件 值值得得指指出出，在在作作上上述述展展开开时时，认认为为1，至至少少是是1，即即在在n=1，而而Z137时时会会出出现现什什么么情情况况呢呢？尽尽管管目目前前还还没没有有出出现现这这个个问问题题，因因实实际际上上现现在在人人工工能能制制造造的的最最重重的的核核素素还还只只是是Z=114，并并且且，在在考考虑虑了了核核的的大大小小而而作作出出理理论论修修正正后后表表明明，在在Z1的的情情况况。但

11、但是是，重重离离子子加加速速器器将将有有可可能能制制造造Z=184的的原原子子核核，一一旦旦这这个个尝尝试试成成功功，将将会会给给我我们们带带来来什什么么影影响响？那那时时，对对今今天天的的理理论论又又能能作作出出什什么么样样的的裁裁决决呢呢？这这正正是是当当前前在在原原子子物理中的一个活跃的研究领域。物理中的一个活跃的研究领域。14ppt课件相对论对椭圆轨道的修正相对论对椭圆轨道的修正 将将相相对对论论对对圆圆周周轨轨道道的的修修正正推推广广到到椭椭圆圆轨轨道道，可可以以得得到到体体系的能量表达式系的能量表达式此此式式中中第第一一项项就就是是玻玻尔尔理理论论的的结结果果，第第二二项项起起则则

12、是是相相对对论论效效应应的的修修正正。显显然然，对对同同一一n不不同同n，第第二二项项的的数数值值是是不不同同的的。由由此此可可见见，同同一一n而而n不不同同的的那那些些轨轨道道运运动动具具有有不不同同的的能能量量。这这样样，原原来来的的能能级级简简并并在在考考虑虑了了相相对对论论修修正正后后就就消消除除了了。不不过过，第第二二项项代代表表的的数数值值比比第第一一项项小小得得多多，所所以以分分裂裂的的能能级级只只有有微微小小的的差差别别。这这个个差差别别被被称称为为能能级级的的精精细细结结构构，与与它它相相联联系系的的常常数数称称为为精精细细结结构构常常数数。索索末末菲菲的的功功绩绩之之一一就

13、就是是引引入入了了这这一一十十分分重要的常数。重要的常数。15ppt课件C.量子数的变化量子数的变化如果利用量子力学严格地进行上面的推导，则上式应为如果利用量子力学严格地进行上面的推导，则上式应为其中用其中用代替代替n，表示核外电子轨道运动角动量量子数，其，表示核外电子轨道运动角动量量子数，其取值范围有所变化，取值范围有所变化，16ppt课件 图中的图中的s，p，d，f，g，等字母代表等字母代表=0，1，2，3，4，等值。等值。其其中中LZ为为L在在Z方方向向上上的的投投影影，取取（2+1）个个值值，在在量量子子力力学中，一般用量子数组学中，一般用量子数组（n，）表示核外电子的运动状态。表示核

14、外电子的运动状态。按按照照玻玻尔尔索索末末菲菲理理论论H线线应应为为n=3到到n=2的的跃跃迁迁，n=3为为三三条条能能级级，n=2为为二二条条能能级级，考考虑能级跃迁的选择定则虑能级跃迁的选择定则=1，就就得得到到了了三三条条H线线，与与实实验验完完全全符符合合，但但这这完完全全是是巧巧合合，有有人人称称索索末末菲菲理理论论是是物物理理学学中最值得纪念的失败。中最值得纪念的失败。17ppt课件玻尔理论已经成功讨论和解释了氢原子和类氢离子的结玻尔理论已经成功讨论和解释了氢原子和类氢离子的结构和光谱，这里要讨论的是另一类与氢原子类似结构的原子构和光谱，这里要讨论的是另一类与氢原子类似结构的原子碱

15、金属原子碱金属原子，包括锂包括锂Li、钠、钠Na、钾、钾K、铷、铷Rb、铯、铯Cs和钫和钫Fr，原子序数分别为，原子序数分别为3、11、19、37、55和和87。这些元素在周这些元素在周期表中属同一族，有相仿的化学性质，都是期表中属同一族，有相仿的化学性质，都是一价一价的。它们的的。它们的电离电势都比较小，易被电离，具有金属的一般性质。对与电离电势都比较小，易被电离，具有金属的一般性质。对与氢原子类似结构的两大类原子来说，在谁更像氢原子的问题氢原子类似结构的两大类原子来说，在谁更像氢原子的问题上各有所长。从核外只有一个电子上各有所长。从核外只有一个电子这个角度看，显然类氢离子优于碱金这个角度看

16、，显然类氢离子优于碱金属原子，但从最外层那个电子所感受属原子，但从最外层那个电子所感受到的那个到的那个“原子实原子实”的作用来说，碱金的作用来说，碱金属原子中原子实的净电荷属原子中原子实的净电荷Z是是1，在这，在这一点上又优于类氢离子。一点上又优于类氢离子。碱金属原子碱金属原子的光谱的光谱 18ppt课件 几几种种碱碱金金属属元元素素的的原原子子具具有有相相仿仿的的结结构构。光光谱谱线线也也明明显显地地构构成成几几个个线线系系。一一般般观观察察到到的的四四个个线线系系称称为为主主线线系系、第第一一辅辅线线系系（又又称称漫漫线线系系）、第第二二辅辅线线系系(又又称称锐锐线线系系)和和柏柏格格曼曼

17、线线系系(又又称称基基线线系系)。下下图图显显示示了了锂锂原原子子的的这这四四个个线线系系，是是按按波波数数的的均均匀匀标标尺尺作作图图的的，图图中中也也附附了了波波长长标标尺尺，从从图图中中可可以以看看到到主主线线系系的的波波长长范范围围最最广广，第第一一条条线线是是红红色色的的，其其余余诸诸线线在在紫紫外外。主主线线系系的的系系限限的的波波数数是是43484.4厘厘米米1，相相当当于于波波长长2299.7。第第一一辅辅线线系系在在可可见见部部分分。第第二二辅辅线线系系的的第第一一条条线线在红外。在红外。19ppt课件 用摄谱仪把光谱摄成相片时，不同线系会同时出现。例如用摄谱仪把光谱摄成相片

18、时，不同线系会同时出现。例如采用对可见光和紫外光灵敏的相片，可以把主线系和两个辅线采用对可见光和紫外光灵敏的相片，可以把主线系和两个辅线系一次摄在一张相片，他们重迭在一起。从谱线的粗细和强弱系一次摄在一张相片，他们重迭在一起。从谱线的粗细和强弱并参考它们的间隔，可以把属于不同线系的谱线分辨出来。从并参考它们的间隔，可以把属于不同线系的谱线分辨出来。从图我们可以想象摄得的光谱相片上的形象。图我们可以想象摄得的光谱相片上的形象。20ppt课件根据表中锂的数据可以画成能级图。主要特征归结为根据表中锂的数据可以画成能级图。主要特征归结为如下四条：如下四条：A、四组谱线（每一组的初始位置是不同的，即表明

19、、四组谱线（每一组的初始位置是不同的，即表明有四套动项）。有四套动项）。B、有三个终端（即有三套固定项）。、有三个终端（即有三套固定项）。C、两个量子数（、两个量子数（n 和和，是角动量量子数）。是角动量量子数）。D、一条规则（图中画出的虚线表示在实验中不存在、一条规则（图中画出的虚线表示在实验中不存在这样的跃迁，因原子能级之间的跃迁有一个选择规则，即这样的跃迁，因原子能级之间的跃迁有一个选择规则，即=1）。）。对这个选择规则，我们可以这样解释：对这个选择规则，我们可以这样解释：的差别就是的差别就是角动量的差别，由于光子的角动量是角动量的差别，由于光子的角动量是1，要在跃迁时放出，要在跃迁时放

20、出一个光子，角动量就只能差一个光子，角动量就只能差1。根据这个选择规则，我们。根据这个选择规则，我们就可以画成能级跃迁图。就可以画成能级跃迁图。21ppt课件22ppt课件23ppt课件24ppt课件Subshell labelMax electronsShells containing itHistorical names02Every shellsharpp162nd shell and higherprincipald2103rd shell and higherdiffusef3144th shell and higherfundamentalg4185th shell and hig

21、her(theoretically)(next in alphabet afterf)25ppt课件原子实原子实极化和轨道贯穿极化和轨道贯穿 碱碱金金属属原原子子的的光光谱谱可可以以用用类类似似氢氢原原子子的的公公式式表表示示。这这些些原原子子的的能能级级，当当n较较大大时时，非非常常近近氢氢原原子子的的能能级级，只只有有当当n较较小小时时差差别别较较大大。如如果果考考虑虑到到碱碱金金属属原原子子化化学学上上是是一一价价的的，它它们们容容易易电电离离成成为为带带一一个个单单位位电电荷荷的的离离子子等等情情况况，可可以以设设想想上上节节讨论过的那些光谱也是由于单电子的活动产生的。讨论过的那些光谱

22、也是由于单电子的活动产生的。碱金属元素碱金属元素Li32121，Na112（1222）1，K192（122222）1，Rb372（12223222）1，Cs552（1222323222）1，Fr872（122232423222）1。26ppt课件在这些组合中有一个共同点，就是在一个完整的结构之外，多余一个电子。这个完整而稳固的结构称为原子实。原子实外面的那个电子称作价电子。原子的化学性质以及上面描述的光谱都决定于这个电子。价电子在较大的轨道上运动，同原子实之间的结合很弱，容易脱离。它也可以从最小轨道被激发到能量高的轨道，从能量高的轨道跃迁到能量低的轨道时就发出辐射，碱金属原子中因原子实的存在，

23、较小的电子轨道已被原子实的电子占据，价电子的最小轨道不能是原子中最小的电子轨道。例如锂原子中原子实的两个电子占了n=1的轨道，所以价电子只能处在n2的轨道上。同理，钠原子中原子实的10个电子占了n=1和n=2的轨道，价电子的轨道只能从n=3开始。钾原子中价电子的轨道从n=4起，铷从n=5起，铯从n=6起，钫从n=7起。27ppt课件 价价电电子子的的轨轨道道运运动动大大体体如如图图所所示示。这这里里有有两两种种情情况况是是氢氢原原子子中中所所没没有有的的，这这都都是是由由于于原原子子实实的的存存在在而而发发生生的的：(1)(1)原原子子实实的的极极化化；(2)(2)轨轨道道在在原原子子实实中中

24、的的贯贯穿穿，如如图图所所示示。这这两种情况都影响原子的能量。现在分别讨论如下：两种情况都影响原子的能量。现在分别讨论如下：28ppt课件 A.原子实的极化原子实的极化原原子子实实原原是是一一个个球球形形对对称称的的结结构构，共共带带1e正正电电荷荷（原原子子核核Ze正正电电荷荷和和Z1个个电电子子）。当当价价电电子子在在它它外外边边运运动动时时，好好象象是是处处在在单单位位正正电电荷荷的的库库仑仑场场中中。但但由由于于价价电电子子的的电电场场的的作作用用，原原子子实实中中带带正正电电的的原原子子核核和和带带负负电电的的电电子子的的中中心心会会发发生生微微小小的的相相对对位位移移。于于是是负负

25、电电的的中中心心不不再再在在原原子子核核上上，形形成成一一个个电电偶偶极极子子这这就就是是原原子子实实的的极极化化。极极化化而而成成的的电电偶偶极极子子的的电电场场又又作作用用于于价价电电子子，使使它它受受到到除除库库仑仑场场以以外外的的附附加加的的吸吸引引力力。这这就就要要引引起起能能量量的的降降低低。偏偏心心率率大大的的椭椭圆圆轨轨道道上上的的电电子子离离原原子子实实很很近近，引引起起较较强强的的极极化化，因因而而对对能能量量的的影影响响大大。相相反反，圆圆形形轨轨道道或或是是偏偏心心率率不不大大的的椭椭圆圆轨轨道道上上的的电电子子离离原原子子实比较远，引起极化弱，所以对能量影响也小。实比

26、较远，引起极化弱，所以对能量影响也小。29ppt课件B.轨道的贯穿轨道的贯穿可可以以看看到到锂锂的的s能能级级及及钠钠的的s和和p能能级级都都比比氢氢能能级级低低很很多多。这这说说明明除除了了原原子子实实极极的的影影响响外外，一一定定还还有有别别的的影影响响。s和和p都都是是相相当当于于偏偏心心率率很很大大的的轨轨道道（当当n2），很很可可能能接接近近原原子子实实的的那那部分轨道会穿入原子实部分轨道会穿入原子实，从而影响了能量。，从而影响了能量。电电子子处处在在不不穿穿入入原原子子实实的的轨轨道道时时，它它基基本本上上是是在在原原子子实实的的库库仑仑场场中中运运动动，原原子子实实对对外外的的作

27、作用用好好像像是是带带单单位位正正电电荷荷的的球球体体，对对在在它它外外边边的的电电子子，有有效效电电荷荷数数Z*等等于于1，所所以以能能级级近近似似氢能级，原子实的极化使能级下移，但不很多。氢能级，原子实的极化使能级下移，但不很多。如如电电子子处处在在穿穿过过原原子子实实的的轨轨道道时时情情形形就就不不同同了了。当当电电子子处处在在原原子子实实外外边边那那部部分分轨轨道道时时，原原子子实实对对它它的的有有效效电电荷荷数数Z*是是1；当当电电子子处处在在穿穿入入原原子子实实那那部部分分轨轨道道时时，对对它它起起作作用用的的Z*就就要大于要大于1。30ppt课件例例如如，锂锂的的原原子子核核的的

28、电电荷荷数数是是3，原原子子实实有有2个个电电子子，对对外外起起作作用用时时，原原子子实实的的有有效效电电荷荷数数Z*是是3-2=1，当当价价电电子子进进入入原原子子实实时时，如如果果在在一一部部份份轨轨道道上上离离原原子子核核比比原原子子实实中中的的两两个个电电子子还还要要接接近近，那那么么对对它它的的有有效效电电荷荷数数Z*可可能能就就是是原原子子核核的的电电荷荷数数Z*=3。在在贯贯穿穿轨轨道道上上运运动动的的电电子子有有一一部部分分时间处在时间处在Z*=1的电场中，另一部分时间处在的电场中，另一部分时间处在Z*1。31ppt课件 贯贯穿穿轨轨道道只只能能发发生生在在偏偏心心率率大大的的

29、轨轨道道，所所以以它它的的 值值一一定定是是较较小小的的，从从实实验验数数据据看看出出，碱碱金金属属的的有有些些能能级级离离相相应应的的氢氢原原子子能能级级较较远远，这这些些能能级级的的轨轨道道必必定定是是贯贯穿穿的的，一一定定较较小小。另另一些接近氢原子能级，那些轨道大概不是贯穿的，一些接近氢原子能级，那些轨道大概不是贯穿的，一定较大。一定较大。原原子子实实极极化化和和轨轨道道的的贯贯穿穿的的理理论论对对碱碱金金属属原原子子能能级级同同氢氢原原子能级差别作了很好的说明。子能级差别作了很好的说明。32ppt课件碱金属原子碱金属原子光谱的精细结构光谱的精细结构对对于于碱碱金金属属原原子子的的光光

30、谱谱，当当用用高高分分辨辨率率光光谱谱仪仪进进行行观观察察时时，发发现现每每一一条条光光谱谱线线不不是是简简单单的的一一条条线线，而而是是由由二二条条或或三三条条线线组组成成的的，这这称称作作光光谱谱线线的的精精细细结结构构。所所有有碱碱金金属属原原子子的的光光谱谱有有相相仿仿的的精精细细结结构构。主主线线系系和和第第二二辅辅线线系系的的每每一一条条光光谱谱线线是是由由两两条条线线构构成成的的，第第一一辅辅线线系系及及柏柏格格曼曼线线系系是是由由三三条条线线构构成成的的。大大家家熟熟悉悉的的钠钠的的黄黄色色光光（5893）就就是是它它的的主主线线系系第第一一条条线线，这这是是由由波波长长为为5

31、890和和5896的的两两线线组组成成的的。下下图图是是碱碱金金属属原原子子三三个个光光谱谱线线系系前前四四条条线线的的精精细细结结构构和和线线系系限限的的示示意意图图，坚坚直直线线代代表表光光谱谱线线的的精精细细成成分分,它们的间隔代表谱线成分的波数差。它们的间隔代表谱线成分的波数差。33ppt课件nP-2SnS-2PnD-2P34ppt课件 从从上上图图可可以以看看到到，主主线线系系每每条条线线中中的的两两个个成成分分的的间间隔隔随随着着波波数数的的增增加加而而逐逐渐渐缩缩小小，最最后后二二成成分分并并入入一一个个线线系系限限。第第二二辅辅（锐锐）线线系系的的各各线线的的成成分分具具有有相

32、相同同的的间间隔隔，直直到到线线系系限限也也是是这这样样。第第一一辅辅（漫漫）线线系系的的每每一一条条线线由由三三条条线线构构成成，但但最最外外两两条条线线的的间间隔隔同同第第二二辅辅（锐锐）线线系系各各条条线线中中二二成成分分的的共共同同间间隔隔,以以及及主主线线系系第第一一条条中中二二成成分分的的间间隔隔都都是是相相等等的的。另另外外,第第一一辅辅（漫漫）线线系系每每一一条条线线中中波波数数较较小小的的(图图中中靠靠左左的的)两两条条成成分分间间的的距距离离随随着着波波数数的的增增加加而而缩缩小小，最最后后这这两两成成分分并并入入一一个个线线系系限限。所所以以这这线线系系每每条虽有三个成分

33、，线系限却只有两个。条虽有三个成分，线系限却只有两个。35ppt课件 从上述事实可以推出能级的分布。从上述事实可以推出能级的分布。1.第第二二辅辅（锐锐）线线系系的的每每一一条条线线中中二二成成分分的的间间隔隔是是相相同同的的，那那就就必必然然由由于于同同一一原原因因，知知道道这这个个线线系系是是各各s能能级级到到最最低低p能能级级(在在锂锂的的情情形形是是2p)的的跃跃迁迁产产生生的的，最最低低p能能级级是是这这线线系系中中诸诸线线共共同同相相关关的的，如如果果我我们们设设想想这这个个p能能级级是是双双层层的的，而而s能能级级都都是是单单层层的的，就就会会得得到到线线系系的的每每一一条条线线

34、都都是是双双线，而且波数差是相等的情况。线，而且波数差是相等的情况。2.再再看看主主线线系系的的每每条条线线中中二二成成分分的的波波数数差差随随着着波波数数的的增增加加逐逐渐渐减减少少，足足见见不不是是同同一一个个原原因因产产生生的的，主主线线系系是是各各p能能级级跃跃迁迁到到最最低低s能能级级的的结结果果。从从第第二二辅辅（锐锐）线线系系的的情情况况已已推推得得s能能级级是是单单层层的的，最最低低p能能级级是是双双层层的的，那那么么是是否否就就可可以以推推想想所所有有p能能级级都都是是双双层层的的，而而且且这这双双层层的的间间隔隔随随量量子子数数n的的增增加加而而逐逐渐渐缩缩小小，这这个个推

35、推论论完完全全符符合合主主线线系系的的情情况。况。36ppt课件 这就是说，主线系每条线二成分的形成是由于相关这就是说，主线系每条线二成分的形成是由于相关p能级能级的双层结构。由此可以推想的双层结构。由此可以推想d能级，能级，f能级都是双层的，而能级都是双层的，而且双层的间隔也随且双层的间隔也随n增加而缩小。增加而缩小。那么怎样说明第一辅（漫）线系的三线结构呢？如果那么怎样说明第一辅（漫）线系的三线结构呢？如果d能级是双层的，而最低能级是双层的，而最低p能级也是双层的，好象每线应有四能级也是双层的，好象每线应有四成分。但现在只出现三成分，从这三成分的间隔情况可推成分。但现在只出现三成分，从这三

36、成分的间隔情况可推得是前图所示的跃迁结果。从前图可以看出，左右二成分得是前图所示的跃迁结果。从前图可以看出，左右二成分的间隔是由于较低双层的间隔是由于较低双层p能级的间隔，这是为第一辅（漫）能级的间隔，这是为第一辅（漫）线系诸线所共有的，而且也是为第二辅（锐）线系所共有线系诸线所共有的，而且也是为第二辅（锐）线系所共有的，因而是相同的。至于图中右边二线的间隔是由于双层的，因而是相同的。至于图中右边二线的间隔是由于双层d能级的间隔，而第一辅（漫）线系诸线联系着不同能级的间隔，而第一辅（漫）线系诸线联系着不同d能级，能级，因而这里所说二线的间隔随波数的增加而缩小。这样因而这里所说二线的间隔随波数的

37、增加而缩小。这样,第一第一辅（漫）线系又获得合理的解释。辅（漫）线系又获得合理的解释。37ppt课件至于双层至于双层d能级中的较高一级为什么没有跃迁到双层能级中的较高一级为什么没有跃迁到双层p能级的较低一级，这在后面要说明。能级的较低一级，这在后面要说明。从上面的讨论，我们得到这样一个结论，碱金属原子从上面的讨论，我们得到这样一个结论，碱金属原子的的s能级是单层的，其余所有能级是单层的，其余所有p、d、f等能级都是双层的。等能级都是双层的。对同一值，例如对同一值，例如=1（p能级），双层能级间隔随量子能级），双层能级间隔随量子数数n增加而渐减。从光谱线结构也可以认出，对同一增加而渐减。从光谱线

38、结构也可以认出，对同一n值，值，双层能级的间隔随值的增加而渐减。例如双层能级的间隔随值的增加而渐减。例如n=4，4d的双的双层间隔小于层间隔小于4p的，而的，而4f的又小于的又小于4d的。总之，碱金属原子的。总之，碱金属原子的能级是一个层结构的能级，只的能级是一个层结构的能级，只s能级是单层的。能级是单层的。话外题38ppt课件M.Planck:能量是不不连续的A.Einstein:光速是不不变的N.Bohr:电子是不不辐射的W.Heisenberg:不不确定关系39ppt课件哥本哈根学派&哥本哈根精神玻尔成名以后归国，立志创建世界物理中心.丹麦原先连物理学教授的位置都没有，在1916 年才为

39、玻尔专设了一个物理学教授的位置.在1921 年，在玻尔的努力下，哥本哈根大学理论物理研究所成立，它很快就成为世界三大理论物理学的中心之一.22 岁当讲师、27 岁当教授、31 岁获得诺贝尔奖的海森堡作为“上帝的鞭子”、“不断指出他人论文中缺陷”的泡利(1945 年获诺贝尔奖)，开玩笑不讲分寸的朗道(1962 年获诺贝尔奖)，几乎把画漫画、写打油诗作为主要职业，而扭物理学变成副业的伽莫夫(放射性衰变理论创造者之一).研究所很快成了物理学界的朝拜圣地，玻尔到处物色有希望的青年人来所工作;他积极提倡国际合作，以致被人誉为科学国际化之父哥本哈根的气氛使人感到繁忙、激动、活泼、欢乐、无拘无束、和蔼可亲.

40、哥本哈根精神随着量子力学的诞生而诞生，并成了物理学界最宝贵的精神财富.40ppt课件41ppt课件玻尔正在讲解他的互补原理玻尔正在讲解他的互补原理 玻尔、海森伯、泡利玻尔、海森伯、泡利42ppt课件如果谁在第一次学习量子概念时，不觉得糊涂，那么他就一点也没有懂。N.BorhN.Borh43ppt课件卢瑟福玻尔原子模型小结卢瑟福玻尔原子模型小结一原子的核式结构一原子的核式结构一原子的核式结构一原子的核式结构卢瑟福散射理论（基于核式结构）和盖革马斯卢瑟福散射理论（基于核式结构）和盖革马斯卢瑟福散射理论（基于核式结构）和盖革马斯卢瑟福散射理论（基于核式结构）和盖革马斯顿实验相符顿实验相符顿实验相符顿

41、实验相符1 1卢瑟福模型卢瑟福模型卢瑟福模型卢瑟福模型核（占原子线度核（占原子线度核（占原子线度核（占原子线度1/101/104 4）+电子电子电子电子2 2实实实实 验验验验 验验验验 证证证证二原子的量子论二原子的量子论二原子的量子论二原子的量子论1 1玻尔模型玻尔模型玻尔模型玻尔模型定态假设定态假设定态假设定态假设辐射跃迁假设辐射跃迁假设辐射跃迁假设辐射跃迁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角动量量子化假设原子能级原子能级原子能级原子能级量子化概念量子化概念量子化概念量子化概念核式模型核式模型核式模型核式模型光谱实验光谱实验光谱实验光谱实验半经典量子理论半经典量子理论半

42、经典量子理论半经典量子理论电子绕核运动电子绕核运动电子绕核运动电子绕核运动经典力学处理经典力学处理经典力学处理经典力学处理电子轨道半径电子轨道半径电子轨道半径电子轨道半径量子条件限制量子条件限制量子条件限制量子条件限制解释氢光谱分立性、原子稳定性解释氢光谱分立性、原子稳定性解释氢光谱分立性、原子稳定性解释氢光谱分立性、原子稳定性2 2弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验电子与原子碰撞能量转移分立性电子与原子碰撞能量转移分立性电子与原子碰撞能量转移分立性电子与原子碰撞能量转移分立性原子能量量子化的另一实验证据原子能量量子化的另一实验证据原子能量量子化的另一实验证据原子能量量子

43、化的另一实验证据44ppt课件玻尔理论的困难玻尔理论把微观粒子看作经典力学中的质点，把经典力学的规律用于微观粒子，使得这一理论中存在难以解决的内在矛盾。1、核与电子之间的库仑相互作用&电子电磁辐射2、定态之间跃迁过程中发射和吸收辐射的原因和过程不清楚卢瑟福：逻辑上的恶性循环当电子从一个能态跳到另一能态时，您必须假设电子事先就知道它要往哪里跳！45ppt课件 玻尔理论不仅对这些逻辑上的矛盾和困难束玻尔理论不仅对这些逻辑上的矛盾和困难束手无策，而且，当人们用这一理论去解释周期表手无策，而且，当人们用这一理论去解释周期表中第二号元素氦时，也遇到了无法克服的困难。中第二号元素氦时，也遇到了无法克服的困

44、难。对于对于更复杂的原子，则更加暴露玻尔和索末更复杂的原子，则更加暴露玻尔和索末菲理论的不足。就是对于氢原子，它们也不是十菲理论的不足。就是对于氢原子，它们也不是十分完善的。例如无法解释分完善的。例如无法解释光谱线的强弱光谱线的强弱，也无法，也无法解释用更加精确的方法测得的解释用更加精确的方法测得的“谱线的精细结构谱线的精细结构”。玻尔在获诺贝尔奖玻尔在获诺贝尔奖时说：时说：“这一理论还是十分初这一理论还是十分初步的，许多基本问题还有待解决步的，许多基本问题还有待解决”46ppt课件 关于原子的更完整、更准确、应用面更广的理论是1925年发表的一个新的理论体系量子力学47ppt课件第三章 量子力学导论3.1 3.1 波粒二象性波粒二象性3.2 3.2 不确定性关系不确定性关系 3.3 3.3 波函数及其统计诠释波函数及其统计诠释3.4 3.4 薛定谔方程薛定谔方程48ppt课件