《物理学》 氢原子的玻尔理论

1、 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版(?(?物理学物理学? ?第五第五版版)15-4 )15-4 氢原子氢原子的玻尔理论的玻尔理论 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版4莱曼系莱曼系,32)111(122nnR紫紫 外外,43

2、)121(122nnR巴耳末系巴耳末系可见光可见光 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版5,65)141(122nnR布拉开系布拉开系,76)151(122nnR普丰德系普丰德系,87)161(122nnR汉弗莱系汉弗莱系,54)131(122nnR帕帕 邢邢 系系红红 外外 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版62 卢瑟福的原子有核模型卢瑟福的原子有核模型 1897年，年， J.J.汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子. 1903年，汤姆孙提出原子的“葡

3、萄干蛋糕模型. 原子中的正电荷和原子的质量均匀地分原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半径为布在半径为 的球体范围内，电子浸的球体范围内，电子浸于其中于其中 .m1010 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版7卢瑟福卢瑟福 ( (E.Rufherford， 18711937) 英国物理学家英国物理学家. 1899年发现铀年发现铀盐放射出盐放射出、 射线，提出天然放射线，提出天然放射性元素的射性元素的衰变理论和定律衰变理论和定律. 根据根据 粒子散射实验，提出粒子散射实验，提出了原子的了原子的有核模型有核模型，把原子结构

4、，把原子结构的研究引上了正确的轨道，因而的研究引上了正确的轨道，因而被誉为原子物理之父被誉为原子物理之父 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版8 卢瑟福的原子有核模型行星模型卢瑟福的原子有核模型行星模型 原子的中心有一带正电的原子核原子的中心有一带正电的原子核 ，它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的很小的. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五

5、版第五版9二二 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论 1 经典有核模型的困难经典有核模型的困难 根据经典电磁理论，电子绕核作匀速根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波辐射电磁波. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版10vFree 原子不断向外辐射能量，原子不断向外辐射能量，能量能量逐渐逐渐减小，电子旋转减小，电子旋转的频率也逐渐改变，发射的频率也逐渐改变，发射光谱应是光谱应是连续谱连续谱； 由于原子总能量减小，由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原

6、子核电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定而后相遇，原子不稳定.ee 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版11玻玻 尔尔 (Bohr . Niels 18851962) 丹麦理论物理学家，现代丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一物理学的创始人之一.在卢瑟福原子有核模型基础上在卢瑟福原子有核模型基础上提出了关于原子稳定性和量子提出了关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从而完跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了满地解释了氢原子光谱氢原子光谱的规律的规律.1922年玻尔获诺贝尔物理学奖年玻尔获诺贝尔物理学奖. 第十

7、五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版12 1913年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的根底上，将量子化概念应用于原子系统，提根底上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：出三条假设： 2 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论( (2) )频率条件频率条件( (1) )定态假设定态假设( (3) )量子化条件量子化条件 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版13 电子在原子中可以在一些特定的圆轨道电子在原子中可以在一些特定的圆轨道上

8、运动而不辐射电磁波，这时，原子处于稳上运动而不辐射电磁波，这时，原子处于稳定状态，简称定状态，简称定态定态.( (1) )定态假设定态假设 与定态相应的能与定态相应的能量分别为量分别为 E1，E2 ， E1 E2 E3 +E1E3 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版14( (2) ) 频率条件频率条件fiEEh( (3) )量子化条件量子化条件EfEi发发射射吸吸收收2hnrmLv主主量子数量子数, 321n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版

9、15 3 氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量的计算 ( (1) )轨道半径轨道半径2hnrmnnv 量子化条件：量子化条件：nnnrmre22024v 经典力学：经典力学：212220nrnmehrn)321(,n+ rn 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版16, 玻尔半径玻尔半径m 1029.5112201mehr1n( (2) ) 能量能量nnnremE022421vn第第 轨道电子总能量：轨道电子总能量：212220nrnmehrn)321(,n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4

10、氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五EnhmeEn( (电离能电离能) )220418hmeEeV 6 .13基态基态能量能量) 1( n21nEEn激发态激发态能量能量) 1( n 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版18 氢原子能级跃迁与光谱图氢原子能级跃迁与光谱图莱莱曼曼系系巴巴耳耳末末系系布布拉拉开开系系帕帕邢邢系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n= 第十五章第十五章 量子物理量子物理1

11、5-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版194 玻尔理论对氢原子光谱的解释玻尔理论对氢原子光谱的解释fiEEhfiifnnnnchmec,)11(812232042220418nhmeEn17m10097. 1( (里德伯常数里德伯常数) )Rchme32048 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版20 ( (1) )正确地指出正确地指出原子能级原子能级的存在的存在( (原子原子能量量子化能量量子化) ).三三 氢原子玻尔理论的意义和困难氢原子玻尔理论的意义和困难1 意义意义 ( (3)

12、 )正确地解释了氢原子及类氢离子光正确地解释了氢原子及类氢离子光谱规律谱规律. ( (2) )正确地指出正确地指出定态定态和和角动量量子化角动量量子化的的概念概念. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学物理学第五版第五版21 ( (3) )对谱线的强度、宽度、偏振等一系列对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无法处理问题无法处理. ( (4) )半半经典经典半半量子量子理论理论, ,既把微观粒子看既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征们量子化的特征.2 缺陷缺陷( (1) )无法解释无法解释比氢原子更复杂的原子比氢原子更复杂的原子.( (2) )微观粒子的运动视为有确定的微观粒子的运动视为有确定的轨道轨道. 第十五章第十五章 量子物理量子物