广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（讲稿）第六篇 近代物理基础 第16章 量子物理基础（玻尔的氢原子理论）

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第16章 量子物理基础 大学物理A教案 第16章 量子物理基础

广东工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础GuanadongUniversity ofTechnology(2)量子物理主要内容：玻尔的氢原子理论

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 量子物理(2) 玻尔的氢原子理论 主要内容：

广李工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础uanadongUniversityofTechnologyS16.4玻尔的氢原子理论1.氢原子光谱的实验规律原子光谱是研究物质结构的有利手段，从氢气放电管可获得氢原子光谱。19世纪中叶发现氢光谱在可见光范围内有四条谱线，分别叫H,He,HH。线，它们的波长的实验值分别为HHHHa656.3 nm486.1nm434.1nm 410.2nm1885年，巴尔末发现这四条谱线可归并为一个简单经验公式表示B =365.47 nm几=Bn=3, 4,5, ...V

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 §16.4 玻尔的氢原子理论 1.氢原子光谱的实验规律 原子光谱是研究物质结构的有利手段，从氢气放电管可获 得氢原子光谱。 19世纪中叶发现氢光谱在可见光范围内有四条谱线，分别 叫 H ,H ,H ,H 线，它们的波长的实验值分别为 656.3 nm 486.1nm 434.1nm 410.2nm H H H H 1885年，巴尔末发现这四条谱线可归并为一个简单经验 公式表示 4 2 2 − = n n  B n = 3, 4, 5,  B = 365.47 nm

广东工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础uanadongUniversity ofTechnoloay式中分别令n=3.4.5.6....可以计算出氢光谱中H,Hβ,H,Hs...等谱线的波长值，与实验值符合得很好。光谱学中，谱线常用频率v或波数（波长的倒数)来表征R=式中=1.096776×107m-1称为里德伯常数RHB上述经验公式所代表的谱线系称为巴尔未系公式中令 n=8，得到的波长 2= 364.6 nmP是巴尔末系中波长最短的一条谱线，称为巴尔未系的极限波长或叫线系限

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 是巴尔末系中波长最短的一条谱线，称为巴尔末系的极限波长 或叫线系限。 ( ) ~ 2 2 1 2 1 1 n = = RH −   式中 称为里德伯常数. 4 7 1 RH 1.096776 10 m B − = =  上述经验公式所代表的谱线系称为巴尔末系。 公式中令 n =  ，得到的波长  2 2 364.6 nm RH  = = 式中分别令 可以计算出氢光谱中 等谱线的波长值,与实验值符合得很好。 n = 3, 4, 5, 6, H , H , H , H , 光谱学中, 谱线常用频率  或波数  ~ (波长的倒数)来表征 4 2 2 − = n n  B

广李工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础uangdongUpiversityofTechnology氢光谱中，除可见光区的巴尔末系外，还有紫外的赖曼系(1906年）n=2,3, 4, .., 00RU红外还发现三个线系，分别为帕邢系（1908年）Rn = 4, 5, 6, ..., 002RH布拉开系（1922年）n =5,6, 7, ..., 00元1普丰德系（1924年）n =6, 7,8, .., 0021889年，里德伯指出氢原子光谱的所有线系可统一用一个公式表示称为里德伯方程或RH广义巴尔末公式

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 氢光谱中，除可见光区的巴尔末系外，还有紫外的赖曼系 (1906年) ( ) ~ 2 2 1 1 1 1 n = = RH −   n = 2, 3, 4,  ,  红外还发现三个线系，分别为 帕邢系(1908年) ( ) ~ 2 2 1 3 1 1 n = = RH −   n =  4, 5, 6, , 布拉开系(1922年) ( ) ~ 2 2 1 4 1 1 n = = RH −   n = 5, 6, 7,  ,  普丰德系(1924年) ( ) ~ 2 2 1 5 1 1 n = = RH −   n = 6, 7, 8,  ,  1889年，里德伯指出氢原子光谱的所有线系可统一用一个公式 表示 ( ) ~ 2 2 1 1 1 k n = = RH −   称为里德伯方程或 广义巴尔末公式

广东工业大学大学物理A教业第16章量子物理基础uanadongUniversity ofTechnoloay广义巴尔末公式H2k=1, n=2,3, ...赖曼系k=2, n=3, 4, ...巴尔末系式中令k=3,n=4,5,...帕邢系k=4,n=5,6, ...布拉开系普丰德系k=5,n=6, 7,.:实验中观察到：氢原子光谱的谱线是分裂的，线状的

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 ( ) ~ 2 2 1 1 1 k n = = RH −   k =1, n = 2, 3,  k = 2, n = 3, 4,  k = 3, n = 4, 5,  k = 4, n = 5, 6,  k = 5, n = 6, 7,  巴尔末系 赖曼系 帕邢系 布拉开系 普丰德系 实验中观察到: 氢原子光谱的谱线是分裂的，线状的。 广义巴尔末公式 式中令

广东工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础SuanadongUniversity ofTechnology2.经典理论的困难原子光谱的规律性，与原子内部的结构有关。正负电荷在原子中如何分布的问题成为19世纪未20世纪初物理学家研究的主要问题之一。1903年汤姆逊提出一种模型西瓜模型PositivelychargedJ.J ThomsonElectronsmaterial18561940原子中带正电的部分均匀分布在r=10-101m的整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在带正电的球体之中。带正电的球体与带负电的电子二者电量相等，故原子不显电性。汤姆逊西瓜

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 2.经典理论的困难 原子光谱的规律性，与原子内部的结构 有关。正负电荷在原子中如何分布的问题成 为19世纪末20世纪初物理学家研究的主要问 题之一。 1903年 汤姆逊提出一种模型 西瓜模型 J.J Thomson 1856—1940 汤姆逊西瓜 原子中带正电的部分均匀分布在 m的整个原子球体中，而带负电 的电子镶嵌在带正电的球体之中。带正电 的球体与带负电的电子二者电量相等，故 原子不显电性。 10 r 10− =

广李工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础uangdongUpiyersityofTechnology1909年卢瑟福提出一种模型“有核结构模型卢瑟福1871年8月13日出生在新西兰，1894年大学毕业，1895年到英国剑桥大学学习，成为JJ.汤姆孙的研究生。1908年卢瑟福荣获诺贝尔化学奖，同年在曼切斯特大学任教，继续指导他的学生进行α粒子散射的实验研究。卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且是一位受学者尊敬的导师，在他的学生中有十几位获得了现代E.Rutherford科学界最高荣誉一一诺贝尔奖，其中包括玻尔、查德18711937威克等。1909年卢瑟福用α粒子轰击原子核，否定了汤模型，提出一种行星结构模型原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，占据整个原子的极小一部分空间，而电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕太阳转动一样。卢瑟福的核式模型

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 1909年 卢瑟福用 粒子轰击原子核, 否 定了汤模型，提出一种行星结构模型：  原子由原子核和核外电子构成，原子核带正 电荷，占据整个原子的极小一部分空间，而 电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕 太阳转动一样。 卢瑟福的核式模型 + − 1909年 卢瑟福提出一种模型 “有核结构模型” E.Rutherford 1871—1937 卢瑟福1871年8月13日出生在新西兰，1894年大学 毕业，1895年到英国剑桥大学学习，成为J.J.汤姆孙的研 究生。1908年卢瑟福荣获诺贝尔化学奖，同年在曼切斯 特大学任教，继续指导他的学生进行粒子散射的实验 研究。 卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且是一位受 学者尊敬的导师，在他的学生中有十几位获得了现代 科学界最高荣誉――诺贝尔奖，其中包括玻尔、查德 威克等

广东工业大学大学物理A教素第16章量子物理基础BuangdongUniversity otTechnologyα粒子散射实验α粒子束射向金箔1.／8000被反射，2大部分透过

第16章 量子物理基础 大学物理A教案  + - 粒子散射实验 1 / 8000被反射，大部分透过  粒子束射向金箔：

广李工業业大学大学物理A教素第16章量子物理基础uanadongUniversity ofTechnology经典理论的困难(1)—电子谱线频率等于电子绕核转动的频率。按卢模型绕核（10-15m）高速旋转，加速运动的电子向外辐射电磁波。(2)光谱连续。电子不断向外发出辐射，能量逐渐减少，频率逐渐改变。（3）原子系统不稳定。电子不断辐射时，由于能量的减少，电子将逐渐接近原子核，最后落在核上。经典理论不能解释原子光谱的规律性及原子系统的稳定性问题为了建立适合于微观过程的量子理论，1913年，英国剑桥大学的学生玻尔（N·Bohr，1885-1962）在卢的核式结构模型基础上，应用库仑定律和牛顿定律，同时将普朗克的量子化理论运用于原子系统，提出了三个基本假设，成功解释了氢原子光谱的规律性

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 为了建立适合于微观过程的量子理论，1913年，英国剑桥大 学的学生玻尔（N·Bohr，1885-1962）在卢的核式结构模型基 础上，应用库仑定律和牛顿定律，同时将普朗克的量子化理论 运用于原子系统，提出了三个基本假设，成功解释了氢原子光 谱的规律性。 经典理论的困难 （1）谱线频率等于电子绕核转动的频率。按卢模型——电子 绕核（10-15m）高速旋转，加速运动的电子向外辐射电磁波。 + （2）光谱连续。电子不断向外发出 辐射，能量逐渐减少,频率逐渐改变。 （3）原子系统不稳定。电子不断辐 射时,由于能量的减少,电子将逐渐接 近原子核,最后落在核上。 经典理论不能解释原子光谱的规律 性及原子系统的稳定性问题