学习-大物b物理课件

§13.4氢原子光谱和玻尔理论

玻尔（NielsHendrickDavidBohr，1885—1962）丹麦理论物理学家。现代物理学创始人之一。他提出氢原子的模型和理论，提出对应原理。他是原子核的液滴模型和核裂变理论的创立者之一。

1913年，玻尔将量子概念应用于微观系统，提出原子结构模型，成功地计算氢原子光谱，并预言了新光谱线。经典原子模型（一）汤姆逊模型1897年，英国物理学家汤姆逊（J.J.Thomson）首先发现电子，并于1897年在英国卡文迪许实验室测定了比荷（e／m），为此于1906年获诺贝尔物理奖。电子的电量由美国物理学家密立根于1909年测定（密立根油滴实验），并于1923年获诺贝尔物理奖。电子的质量仅为氢原子质量的1／2000。--------

1903年汤姆逊提出：正电部分和原子质量均匀分布在半径为的球体内，弹性、冻胶状的负电荷嵌在（浸于）此球内，电子在平衡位置作简谐振动而发射同频率的电磁波。正电荷部分负电荷（二）卢瑟福（英国原子物理学家）模型（1）α粒子散射实验

1901——1911年，盖革和马斯顿进行了一系列α粒子散射实验。放射源（镭）α粒子束小孔金属箔荧光屏显微镜α粒子探测器（2）实验结果（3）原子的核模型（原子的行星模型）

1911年卢瑟福提出：原子中带正电的部分集中了原子绝大部分的质量，并分布在一个极小区域内（称为原子核），而电子在它的周围运动，好象行星绕太阳一样。α粒子散射相对数散射角（θ）原子核电子与实验相符（4）氢原子经典核模型的困难+核电子

电子被原子核捕获，光谱为连续光谱。+-r向心力能量两式联立得由电动力学：带电粒子做圆周运动时要向外辐射电磁波，其频率为带电粒子圆周运动的频率模型特点1、原子不稳定2、原子光谱连续分布（三）实验规律记录氢原子光谱原理示意图氢放电管2~3kV光阑全息干板

三棱镜（或光栅）光源氢原子光谱7000Å4000Å5000Å6000Å6563Å4861Å4340Å事实：（a）原子是稳定的（b）原子光谱是线状光谱卢瑟福原子核模型？经典电磁理论？氢原子光谱（一）原子特征光谱

从氢气放电管中获得氢原子光谱，通过光谱仪观察发现：氢原子光谱为线状光谱。巴尔末（瑞典中学教师1885年）公式：巴尔末系（可见光）：波数里德伯和里兹发现普遍公式：1916年赖曼系（m=1）：巴尔末系（m=2）：1908年帕邢系（m=3）：1922年布喇开系（m=4）：1924年普芳德系（m=5）：（二）原子特征光谱的规律（1）线状、分立（2）同一公式（3）两项之差玻尔氢原子理论（一）玻尔氢原子模型

1913年玻尔在卢瑟福核式模型的基础上，结合普朗克、爱因斯坦能量量子化，提出氢原子模型。

假设：

（1）电子在原子中沿一组特殊轨道运动，并处于稳定状态。电子绕核作加速运动时，不随意吸收和发射辐射，称为定态。相应的能量

（2）当一个电子以某种方式从一个定态向另一个定态跃迁时，原子就会吸收或发射光子。由爱因斯坦光子假设与经典理论不同：（a）此频率为光子频率而不是电子振动频率

（3）电子运动轨道为圆形轨道，电子在轨道上运动时的角动量为的整数倍，即角动量是量子化的：（二）能级由经典力学：由角动量量子化假设：（1）=（2）得则将（2）代入v

得所以电子能量为（三）能级图巴耳末系帕邢系布喇开系普芳德系赖曼系（四）波数与里德伯公式比较：得理论值实验值为理论值：玻尔理论的缺陷3、量子化条件的引进没有适当的理论解释。缺乏内在逻辑性用经典理论分析电子运动，在经典理论基础上，人为加上了量子化条件，是半经典半量子的理论玻尔理论的成就1、较好地解释了氢原子光谱，说明它在一定程度上反映了氢原子和类氢离子系统的客观事实。2、为量子力学奠定了基础，是宏观到微观世界的桥梁。1、仅限于材料氢和类氢原子,对于复杂一些的原子光谱规律无法解释2、

玻尔理论仍然以经典理论为基础，定态假设又和经典理论相抵触。4、对于氢原子精细结构和塞曼效应无法解释，对谱线的强度、宽度、偏振等无法处理。例1：用能量为12.6eV的电子轰击氢原子，将产生那些谱线？解：取n=3可能的轨道