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1、14.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版1 氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律 1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律光谱可见光部分的规律:一一 近代氢原子观的回顾近代氢原子观的回顾14.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版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 nm364.6 nm214.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子年瑞典
2、物理学家里德伯给出氢原子光谱公式光谱公式波数波数 里德伯常数里德伯常数 314.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版莱曼系莱曼系紫紫 外外巴耳末系巴耳末系可见光可见光414.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版布拉开系布拉开系普丰德系普丰德系汉弗莱系汉弗莱系帕帕 邢邢 系系红红 外外514.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版2 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
3、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分布在半径为布在半径为 的球体范围内的球体范围内，电子浸电子浸于其中于其中.614.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版卢瑟福卢瑟福 (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，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
4、道，因而被誉为原子物理之父被誉为原子物理之父714.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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，它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这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很个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的小的.814.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版二二 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
5、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.914.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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.1014.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版玻玻 尔尔 (Boh
6、r.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.1114.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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
7、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1214.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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 1314.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版(2)
8、频率条件频率条件(3)量子化条件量子化条件EfEi发发射射吸吸收收主主量子数量子数1414.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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 量子化条件：量子化条件：经典力学：经典力学：+rn1514.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版,玻尔半径玻尔半径(2)能量能量第第 轨道电子总能量：轨道电子总能量：1614.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版(电离能电离能)基态基态能量能量激发态激发态能量能量1714.4 氢
9、原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 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=1814.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版4 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(里德伯常数里德伯常数)1914.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 (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(原子能量量原
10、子能量量子化子化).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谱规律正确地解释了氢原子及类氢离子光谱规律.(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概念的概念.2014.4 氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论大学物理大学物理第一版第一版 (3)对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无法处理法处理.(4)半半经典经典半半量子量子理论理论,既把微观粒子看成是遵守既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征.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.21