《大学物理》课程PPT教学课件（二）第16章 场的量子性 16.3 氢原子光谱 玻尔理论 激光

§163氢原子光谱玻尔理论 经典物理在解释热辐射上的困难 普朗克能量子论1900年 经典物理在解释光电效应上的困难 旧 爱因斯坦光量子论1905年量 子 经典物理在解释氢光谱上的困难 论 玻尔氢原子理论1913年 玻尔氢原子理论 在物理学史上曾起重要作用。 ·半经典、半量子过渡性理论,已被量子力学所取代

§16.3 氢原子光谱 玻尔理论 经典物理在解释热辐射上的困难— 普朗克能量子论 1900年 经典物理在解释光电效应上的困难— 爱因斯坦光量子论 1905年 经典物理在解释氢光谱上的困难— 玻尔氢原子理论1913年 旧 量 子 论 •半经典、半量子过渡性理论，已被量子力学所取代。 玻尔氢原子理论 •在物理学史上曾起重要作用

原子结构模剋的硏究 原子的辐射是由一定的频率成份构成的特征 光谱,这些特征光谱是一条条离散的线状谱,它 只决定于原子本身,所以称其为原子特征光谱。 原子光谱是研究原子结构的一种重要手段。 (一)汤姆型 (plum-pudding model 原子中的正电荷和原子质量 均匀分布在半径为1010m的 球体范围内,电子浸于其中

原子结构模型的研究 原子的辐射是由一定的频率成份构成的特征 光谱，这些特征光谱是一条条离散的线状谱，它 只决定于原子本身，所以称其为原子特征光谱。 原子光谱是研究原子结构的一种重要手段。 - - - - - - - - （一）汤姆逊模型 原子中的正电荷和原子质量 均匀分布在半径为 的 球体范围内，电子浸于其中 m 10 10− (plum-pudding model)

(二)卢瑟福模型(英国原子物理学家) 为检验汤姆孙的模型,1909年卢瑟福等人作了 a粒子散射实验 Q粒子一2F(H核 1911年卢瑟福提出原子的有核模型: 原子中心有一个带正电的原子核,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很小的 原子核的发现意义深远,使人们对原子结构有了 正确认识,也开始了人类对原子核研究的历史。在 人类探索微观世界的道路上又树立了一块里程碑

（二）卢瑟福模型 1911年卢瑟福提出原子的有核模型： （英国原子物理学家） 粒子—4 2 He（He核） 为检验汤姆孙的模型，1909年卢瑟福等人作了 α粒子散射实验 原子中心有一个带正电的原子核，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很小的。 原子核的发现意义深远，使人们对原子结构有了 正确认识，也开始了人类对原子核研究的历史。在 人类探索微观世界的道路上又树立了一块里程碑

卢瑟福由于在放射性研究方面的贡献获得1908 年诺贝尔化学奖。他被誉为原子物理之父,也是 开创原子核物理的奠基人。 他不仅是位伟大的科学家,也是一位受学者尊 敬的导师。 原子有核模型也存在严重困难, 主要不能解释原子的稳定性和同 性这样的不可否认的事实

卢瑟福由于在放射性研究方面的贡献获得1908 年诺贝尔化学奖。他被誉为原子物理之父，也是 开创原子核物理的奠基人。 他不仅是位伟大的科学家，也是一位受学者尊 敬的导师。 原子有核模型也存在严重困难， 主要不能解释原子的稳定性和同一 性这样的不可否认的事实

玻尔( Niels Boh,1885 1962)丹麦理论物理学家, 现代物理学的创始人之 1913年玻尔在卢瑟福核式模型的基础上,结 合普朗克、爱因斯坦能量量子化,提出氢原子 的玻尔理论

玻尔（Niels Bohr, 1885- 1962) 丹麦理论物理学家， 现代物理学的创始人之一 1913年玻尔在卢瑟福核式模型的基础上，结 合普朗克、爱因斯坦能量量子化，提出氢原子 的玻尔理论

自学要点: >氢光谱的实验规律 >经典物理遇到的困难 >玻尔氢原子理论及其对氢光谱实验规律的解释 >对应原理 >夫兰克—赫兹实验如何证实了原子能级的存在

• 自学要点： ➢ 氢光谱的实验规律 ➢ 经典物理遇到的困难 ➢ 玻尔氢原子理论及其对氢光谱实验规律的解释 ➢ 对应原理 ➢夫兰克——赫兹实验如何证实了原子能级的存在

°主要概念: 玻尔的氢原子理论以三条假设为基础: (1)定态假设:原子只能处在一系列不连续 的、稳定的能量状态。 mne E (n=1,2,3 Behin nne 13.6eV Beth (2)频率跃迁假设:原子体系在两个定态之间 发生跃迁时,要发射或吸收光子,其频率由两定态 的能量差决定: hunk =en -ek

玻尔的氢原子理论以三条假设为基础： （1）定态假设：原子只能处在一系列不连续 的、稳定的能量状态。 ( 1, 2, 3,) 8 2 1 2 2 2 0 4 = − = n = n E h n me En  13.6 eV 8 2 2 0 4 1 = − = − h me E  （2）频率跃迁假设：原子体系在两个定态之间 发生跃迁时，要发射或吸收光子，其频率由两定态 的能量差决定： h nk = En − Ek • 主要概念：

(3)量子化条件:稳态时电子角动量应等于九 的整数倍。 L=mw=nh,n=1,2,3, 里德伯公式氢原子光谱的普遍公式 波数 n=m+1,m+2.m+3 里德伯常数Rn=1.0967758×107m m=1n=2,3,4…赖曼系(紫外) m=2n=3.4.5…巴尔末系(可见光) n→∞,该谱线系的线系限(波长最短的谱线)

（3）量子化条件：稳态时电子角动量应等于  的整数倍。 L = mvr = nh，n =1，2，3，   ~ 1 波数 = ) 1 1 ( 2 2 m n = RH −    = + + + = 1, 2, 3,... 1,2,3,... n m m m m 里德伯常数 RH = 1.0967758×107 m-1 •里德伯公式—— 氢原子光谱的普遍公式 m =1 n = 2,3, 4 赖曼系(紫外) m = 2 n = 3, 4, 5 巴尔末系（可见光） n →  , 该谱线系的线系限（波长最短的谱线）

连续区 Eoev) 0.38 0.54 6 0.85 1.51 布喇开系/译芳德系 帕邢系 3.39 2 aβ7♂e↓ 巴耳末系 1215.68 号三 1025.83 972.54 线系限 13.58 赖曼系

1914年,富兰克和赫兹在研究电子碰撞原子的 实验中验证了原子能级的存在。要把原子激发到激 发态需要吸收一定能量,且这些能量是不连续的, 量子化的。他们同获1925年诺贝尔物理学奖。 玻尔揭开了30年来令人费解的氢光谱之谜,于 1922年12月10日诺贝尔诞生100周年之际接受了 当年的物理学奖。 对应原理( correspondence principle) 新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是 正确的旧理论,并在极限条件下过渡到旧理论。 “物理学界的朝拜圣地—哥本哈根

1914年，富兰克和赫兹在研究电子碰撞原子的 实验中验证了原子能级的存在。要把原子激发到激 发态需要吸收一定能量，且这些能量是不连续的， 量子化的。他们同获1925年诺贝尔物理学奖。 玻尔揭开了30年来令人费解的氢光谱之谜，于 1922年12月10日诺贝尔诞生100周年之际接受了 当年的物理学奖。 “物理学界的朝拜圣地————哥本哈根” 对应原理（correspondence principle) 新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是 正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论