2022-2023学年高二物理竞赛课件：玻尔量子假设

玻尔量子假设 玻尔量子假设 一、氢原子光谱的规律性 经典物理： 电子绕核转动有加速度，有能耗，辐射放出能量，电子轨道半径会越来越小，最终能量耗尽，电子坍缩到核。 两个后果：连续的带状光谱，原子不稳定 氢原子光谱: 位置稳定的分立的线状光谱 红 蓝 紫 6562.8 4861.3 4340.5 电子能量变化，辐射或吸收光子，形成光谱 经典理论: 谐振子的能量取“连续值” 1.“谐振子”的概念(1900年以前) 2.普朗克假定(1900年) Planck-德国物理学家 热磁辐射能量不连续，能量交换以能量子为最小单位，每个能量子的能量为： 1918年Planck由此获得诺贝尔物理学奖 其中 （称为Planck常数） 能量 量子 经典 仅仅是巧合吗？！ 玻尔兹曼运动粒子 麦克斯韦电磁辐射 统计力学角度，处理熵和几率时，假定… 玻尔对普朗克量子论的评价 思想束缚下获得的这一解放。” “在科学史上很难找到其它发现能象普朗克的 基本作用量子一样在仅仅一代人的短时间里产生 如此非凡的结果… 这个发现将人类的观念—— 不仅是有关经典 科学的观念， 而且是有关通常思维方式的观念 ——的基础砸得粉碎， 上一代人能取得有关自然 知识的如此的神奇进展， 应归功于人们从传统的 连续性，平滑性，概念崩塌 微积分基础，牛顿麦克斯韦理论基础 建筑问题？地基问题？ 不连续要求，自然而然 无限分割，数学理想 1 . 定态假设:原子系统只能在一系列轨道上运动，形成不连续的稳定态，相应的能量取不连续的值 玻尔的基本假设（稳定态：能量，轨道，角动量） 频率公式 3 . 频率规则: 原子从一个稳定态 跃迁到另一个稳定态,同时发射(或吸收)单色光。 2. 轨道量子化：稳定的轨道满足：电子做圆周运动，周长等于波长的整数倍，角动量L等于 的整数倍。 n正整数，能量量子化，轨道量子化。 式中 圆周运动速度v，运动半径 r ，库仑力提供向心力，加量子化条件，可得 基态能，第一轨道能 玻尔半径，第一轨道半径 氢原子的能级公式稍加修改，也适用于类氢离子，例如氦离子He+。 He 原子核外有两个电子，当它电离失去一个电子后，其结构类似于氢原子，但核电荷数为+2e。以Z表示类氢离子的核电荷数，则类氢离子的能级公式为 n = 2,3,4, … 的状态称为激发态。氢原子所有能级可表 示为 n →∞时，En→0，电子已脱离原子核的束缚，真空态。 电离能：把电子从基态激发到离核无穷远的真空态 氢原子可以发生能级间跃迁， 同时发射或吸收光 子，光子的频率符合玻尔频率条件 氢原子发出不同频率的光形成不同谱线，组成谱线系。 氢原子光谱 波数：单位长度包 含的完整波的数目 2) 里德伯常数： 1) 巴尔末公式： 巴尔末公式 基态(n=1) 第一激发态(n=2) 莱曼系(m=1, 紫外光) 巴耳末系(m=2, 可见光,400nm—700nm) 帕邢系(m=3,红外光) 第二激发态(n=3) 连续能级 $