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1、课程主讲人：物理学第七版15-4 氢原子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第七版21 氢原子光谱的规律性氢原子光谱的规律性 1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律谱可见光部分的规律: :, 5 , 4 , 3nm246.365222nnn,一一 近代氢原子观的回顾近代氢原子观的回顾第十五章第十五章 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第七版3氢原子光谱的巴耳末系氢原子光谱的巴耳末系656.3 nm486.1 nm434.1 nm410.2
2、nm364.6 nm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第七版4 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式光谱公式22fi111()Rnn波数波数 里德伯常量里德伯常量 17m10097. 1Rf1 2 3 4n , , , ,ifff1,2,3,nnnn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第七版5莱曼系莱曼系,32)111(122nnR紫外线紫外线,43)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
3、 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学第七版6,65)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 系系红外线红外线第十五章第十五章 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第七版72 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，汤姆孙提出原子的年，汤姆孙提出原子的“葡萄干蛋葡萄干蛋糕模型糕模型”. 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
4、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第七版8卢瑟福卢瑟福 ( (E.Rutherford， 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，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学之父被誉为原
5、子物理学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第七版9 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. 3 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圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波外辐射电磁波.
6、 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第七版10 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，发射的光谱应是的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，电子将逐渐地接近原子核电子将逐渐地接近原子核而后相遇，原子不稳定而后相遇，原子不稳定.eevFree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第七版11玻尔玻尔(N.H.D.Bohr,18851962) 丹麦理论物理学家，近代丹麦理论物
7、理学家，近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在卢瑟福原子有核模型基础上提出了关于原子稳定性和础上提出了关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从量子跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了而完满地解释了氢原子光谱氢原子光谱的的规律规律.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第七版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基础上，将量子化概念应用于原子系统，提基础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：出三条假设： 1 氢原子
8、的玻尔理论氢原子的玻尔理论( (3) )频率条件频率条件( (1) )定态假设定态假设( (2) )量子条件量子条件二二 氢原子的玻尔理论氢原子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第七版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
9、 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学第七版14( (2) )量子条件量子条件2hnrmLv主主量子数量子数, 3 , 2, 1n 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第七版15( (3) ) 频率条件频率条件ifhEEEfEi发发射射吸吸收收 当原子从高能量当原子从高能量Ei的定态跃迁到低能量的定态跃迁到低能量Ef的定态时，要发射频率为的定态时，要发射频率为 的光子的光子.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第七版16 2 氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量
10、的计算 ( (1) )轨道半径轨道半径2hnrmnnv 量子化条件：量子化条件：22204 nnnemrrv 经典力学：经典力学：222012nhrnr nme)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第七版17, 玻尔半径玻尔半径2110125.2910 mhrme1n( (2) ) 能量能量220124nnneEmrvn第第 轨道电子总能量：轨道电子总能量：222012nhrnr nme)321(,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第七版18212220418
11、nEnhmeEn( (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第七版19 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15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论物理学第七版203 玻尔理论对氢原子光谱的解
12、释玻尔理论对氢原子光谱的解释ifhEE4if23220fi111()8mennch c nn,2220418nhmeEn17m10097. 1( (里德伯常量里德伯常量) )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第七版21 ( (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) )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
13、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第七版22 ( (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，同时又赋予它们成是遵守经典力学的质点，同时又赋予它们量子化的特征量子化的特征.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.
14、第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版23选择进入下一节：选择进入下一节：15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性15-015-0 教学基本要求教学基本要求第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版2415-8 15-8 量子力学简介量子力学简介15-9 15-9 氢原子的量子理论简介氢原子的量子理论简介 *15-10 15-10 多电子原子中的电子分布多电子原子中的电子分布*1515-5 -5 弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验15-6 15-6 德布罗意波德布罗意波 实物粒子的二象性实物粒子的二象性15-7 15-7 不确定关系不确定关系 选择进入下一节：选择进入下一节：第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版25选择进入下一节：选择进入下一节：*1515-11 -11 激光激光*1515-12 -12 半导体半导体*1515-13 -13 超导电性超导电性*1515-14 -14 扫描隧穿显微镜扫描隧穿显微镜*1515-15 -15 纳米材料简介纳米材料简介