2022-2023学年高二物理竞赛课件：氢原子的玻尔理论

氢原子的玻尔理论 氢原子的玻尔理论 N.玻尔 研究原子结构,特别是研究从原子发出的辐射 1922诺贝尔物理学奖 引言:经典物理中要将光看成是电磁波,而光与 原子的相互作用中却要将光看成一颗颗微粒-这 两种图象很难想像能将它们统一起来。 但是量子力学却将它们统一了起来,并且大大 地扩充了人们的眼界,量子力学的发展分为两个 阶段。 1、旧量子力学时代 1913年物理学家玻尔(N·Bohr)根据卢瑟福 (Rutherford)原子模型及氢原子光谱提出了 氢原子理论,初步奠定了原子物理基础。 2、新量子力学时代 1924年德布罗意(De Broglie)提出了波粒二 象性,尔后由德国的薛定谔(S c h r¨d I n g e r) 与海森伯(Heisenbeng)等建立了量子力学。 o 让我们顺着历史的车轮,去领略一下量子力学 的风光,欣赏近代物理学上的另一朵鲜花吧! 量子物理起源于对原子物理的研究,人们从原 子光谱中获得原子内部信息。 1927年,量子力学开始应用于固体物理,并导 致了半导体、激光、超导研究的发展,此后由此 又导致了半导体集成电路、电子、通信、电子计 算机的发展,使人类进入信息时代…..。 H H H H 6562.3Å 4861.3Å 4340.5Å 4101.7Å 1885年巴尔末(Balmer)找到了一个经验公式: B=3645.7Å 当n=3、4、5、6时可分别给出各谱线的波长 如n=3: n=4: Å Å …………... 这些值与实验结果吻合得很好 一、氢原子光谱的规律性 称之为里德伯常数 巴尔末又指出,如将上式中的“22”换成其它整数k 的平方,还可得到其它谱线系. n=3,4,5,... 巴尔末公式 n>k=1,2,3,.. 广义巴尔末公式 (1)氢原子光谱是分立的线状光谱,各条谱线具 有确定的波长; (2)每一谱线的波数可用两个光谱项之差表示; (3)前项保持定值,后项改变,就给出同一谱线 系的各条谱线的波长。 (4 ) 改变前项,就给出不同的谱系。 n>k=1,2,3,.. 结论: 氢原子光谱规律如下: 赖曼系 在紫外区 帕邢系 在近红外区 布喇开系 在红外区 普芳德系 在红外区 1912年卢瑟福提出了原子核式结构:原子中 的全部正电荷和极大部分质量都集中在原子中央 一个很小的体积内,称为原子核,原子中的电子 在核的周围绕核运动。 1909年,盖革和马斯顿进行了一系列的 粒子束被薄金箔散射的实验。 二、 经典原子模型的困难 1.卢瑟福原子模型 2.经典理论的困难 注意:经典理论解释不了H原子光谱 按1911年卢瑟福提出的原子的行星模型-电子 绕原子核(10-12m)高速旋转 对此经典物理势必得出如下结论: 1)原子是”短命“的 + 电子绕核运动是加速运动必向外辐射能量,电子轨道半径越来越小,直到掉到原子核与正电荷中和,这个过程时间<10-10秒,因此不可能有稳定的原子存在。 2)原子光谱是连续光谱 因电磁波频率 r-3/2,半径的连续变化,必导致产生连续光谱。 (2)跃迁假设 只有当原子从一个较大的能量En的稳定状态跃迁到另一较低能量Ek的稳定状态时,才发射单色光,其频率: 反之,当原子在较低能量Ek的稳定状态时, 吸收了一个频率为 nk的光子能量就可跃迁到; 较大能量En的稳定状态。 (3)轨道角动量量子化假设 电子作圆轨道运动时,角动量只能取h/2 的整数。 其中n为正整数,称为轨道量子数。 n=1、2、3、4…... 注意: n=1的轨道r1称为玻尔半径。 量子数为n的轨道半径 $