2022-2023学年高二物理竞赛课件：玻尔的氢原子理论

玻尔的氢原子理论 玻尔的氢原子理论 1、玻尔理论的基本假设 (1) 定态假设——原子系统只存在一系 列不连续的能量状态,其电子只能在一些特 殊的圆轨道中运动,在这些轨道中运动时不 辐射电磁波。这些状态称为定态,相应的能 量取不连续的量值 E1、E2、E3...。 1)电子轨道半径的量子化 由: (1)、(2)式 联立解之 n=1、2、3、4…... 结论:电子轨道是量子化的。 + rn M m M>>m 2、玻尔氢原子理论 2)定态能量是量子化的 由(1)式 将(6)代入(5)式 将rn代入: n=1、2、3、4… 结论:能量是量子化的。 注意:这种不连续的能量称为能级 n=1 n >1 的各定态称为受激态。 当n =1时为氢原子的最低能级,称为基态能级。 -13.6 -3.39 -1.51 -0.85 0 4 8 1 n = 2 n = 3 n = 氢原子能级图 基态 激 发 态 电离态 当 时, ,称为电离态 氢原子从基态变 成电离态所需的氢 原子的电离能为: 当n=1时,称为基态 3)导出里德伯常数 将En代入频率条件 与巴尔末公式对照: 计算值: 里德伯常数 实验值: 例:计算H原子中电子从量子数n的状态跃迁到 k=n-1的状态时发出的光子的频率,证明当n足够 大时,这个频率就是电子在量子数为n的轨道上旋 转的频率(经典理论频率) 解: 当n很大时: 当n很大时: 依经典物理,电子在n轨道上旋 转的频率(发射光的频率)为 这实质上是对应原理的必然结果 + rn M m M>>m 氢原子光谱中的不同谱线 6562.79 4861.33 4340.47 4101.74 1215.68 1025.83 972.54 18.75 40.50 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 布喇开系 连续区 尼尔斯·玻尔(Bohr,Niels,1885~1962)生于丹麦首都哥本哈根,父亲是哥本哈根大学的生理学教授.从小受到良好的家庭教育.1903年进入哥本哈根大学学习物理,1909年获科学硕士学位,1911年获博士学位.大学二年级时研究水的表面张力问题,自制实验器材,通过实验取得了精确的数据,并在理论方面改进了物理学家瑞利的理论,研究论文获得丹麦科学院的金奖章. 1911年10月,玻尔来到剑桥大学卡文迪许实验室,想在汤姆孙指导下继续从事金属电子论方面的工作,但未获成功.后来在他父亲的朋友的帮助下,会见了卢瑟福,于1912年3月到曼彻斯特大学在卢瑟福领导下工作了4个月,当时正值卢瑟福提出了他的原子核式模型.人们把原子设想成与太阳系相似的微观体系,但是在解释原子的力学稳定性和电磁稳定性上却遇到了矛盾.这时玻尔开始酝酿自己的原子结构理论 . 1913年,玻尔在《哲学杂志》上发表题为《原子和分子结构》的三篇论文,提出了定态跃迁原子模型,解释了用经典理论无法解释的氢原子光谱这一难题。1921年,玻尔发表了“各元素的原子结构及其物理性质和化学性质”的长篇演讲,阐述了光谱和原子结构理论的新发展,诠释了元素周期表的形成,对周期表中从氢开始的各种元素的原子结构作了说明,同时对周期表上的第72号元素的性质作了预言.1922年,发现了这种元素铪,证实了玻尔预言的正确.1922年玻尔获诺贝尔物理学奖 。 1920年在玻尔筹划下创立的哥本哈根大学理论物理研究所,在创立量子力学的过程中,成为世界原子物理研究中心.这个研究所不但以其一批批出色的科学成就而为人所知,而且以其无与伦比的哥本哈根精神著名,这就是勇猛进取、乐观向上、亲切活泼、无拘无束的治学风气,各种看法通过辩论得到开拓和澄清.玻尔担任这个研究所的所长达四十年,起了很好的组织作用和引导作用。 $