3.3量子论视野下的原子

1、玻尔的原子模型,研究阴极射线, 粒子散射实验,人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线。,1、轨道假设：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即电子的轨道是量子化的。,2、定态假设：a.电子在不同轨道上运动时，原子处于不同状态具有不同能量，所以原子能量也是量子化的。 b.原子在确定轨道上的能量值叫能级；原子中这些具有确定能量的稳定状态叫定态；能量最低的状态叫基态，其他状态叫激发态,3、跃迁假设：电子从某一定态轨道（设能量为Em）跃迁到另一种定态（设能量为En）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种

2、定态的能量差决定，即 hv=EmEn,1913年玻尔提出了自己的原子结构假说,玻尔,原子从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出,原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态,原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要吸收能量,光子的辐射和吸收,原子在始、末两个能级Em和En（ EmEn ）间跃迁时发射光子的频率可以由下式决定：,光子的发射和吸收,踏上玻尔的研究之路,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,根据：E=hv，=c/v 又E =1.89eV= 3.03 10-19J

3、 所以， =hc/ E = 6.6310-34 3.0 10-8 / 3.03 10-19J = 6.5610-7(m),（巴尔末系）,二.玻尔理论对氢（明线）光谱的解释,H,H,H,H,二.玻尔理论对氢（吸收）光谱的解释,H,H,H,H,n=6,n=5,n=4,n=1,n=3,n=2,巴尔末系氢吸收光谱,例题：用13.0eV的电子轰击基态的氢原子。(1)试确定氢原子所能达到的最高能态；(2)氢原子由上述最高能态向基态跃迁发出的光子可能的波长为多少？(3)欲使处于基态的氢原子电离至少用多大能量的电子轰击氢原子？,解：（1）,n=4,（2）可能的跃迁,n=1,n=2,n=4,n=3,n=4时,（

4、3）,氢原子电离能,所以至少要13.6eV能量的电子,上题中若用13.0eV的光子轰击基态的氢原子。原子会怎样变？,夫兰克赫兹实验（1914）,实验装置,K极,G极,G极,加反向电压,P极,电子在其中的运动简单描述:,从热阴极K发出,经UGK电场加速运动到栅极G； 由于接受极电压小于栅极电压，电子在GP过程中将减速； 只有到G极的电子具有较大能量时，才可以克服反电场UPG到达接受极板P，从而才可能通过回路，形成电流。 因此回路中的电流依赖于电子运动到栅极后的能量。,（1）调节UGK两端电压，回路中电流将增加。（单调关系）,（2）容器内充满气体又如何？,三、玻尔模型的局限性,问题1：玻尔原子理论

5、的局限性是什么？,问题2、正确的理论是什么？,玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性,在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念,同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律,除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难,氦原子光谱,量子化条件的引进没有适当的理论解释,汤姆孙发现电子,汤姆孙的西瓜模型, 粒子散射实验,卢瑟福的核式结构模型,原子不可割,汤姆孙的西瓜模型,原子稳定性事实氢光谱实验,卢瑟福的核式结构模型,出现矛盾,?,玻尔模型,复杂（氦）原子光谱,量子力学理论,玻尔模型,出现矛盾,原子结构的认识史,出现矛盾,怎样修改玻尔模型？,思想：必须彻底放弃经典概念,关键：用电子云概念取代经典的轨道概念,电子在某处单位体积内出现的概率 电子云,小结,玻尔的原子模型 假说1：轨道量子化 假说2：能级（定态）假说 假说3：频率条件,现代物理