1、玻尔玻尔氢原子理论简介氢原子理论简介氢氘光谱实验原理之一 郭松 pb03203164记录氢原子光谱原理示意图氢放电管23 kV光阑全息干板 三棱镜（或光栅）光 源棱镜摄谱仪光栅摄谱仪)11(122nkRH氢光谱的里德伯常量氢光谱的里德伯常量 17m101373097. 1HR(3) k = 2 (n = 3, 4, 5, ) 谱线系谱线系 赖曼系赖曼系 （1908年）年）(2)谱线的波数可表示为谱线的波数可表示为 k = 1 (n = 2, 3, 4, ) 谱线系谱线系 巴耳末系（巴耳末系（1880年）年）(1) 分立线状光谱分立线状光谱氢原子的巴耳末线系照片氢原子的巴耳末线系照片为什么光谱会
2、是分立的呢？爱因斯坦爱因斯坦1905年提出光量子的概年提出光量子的概念后，不受名人重视，甚至到念后，不受名人重视，甚至到1913年德国最著名的四位物理学年德国最著名的四位物理学家家(包括普朗克包括普朗克)还把爱因斯坦的还把爱因斯坦的光量子概念说成是光量子概念说成是“迷失了方迷失了方向向”。可是，当时年仅。可是，当时年仅28岁的岁的玻尔，却创造性地把量子概念玻尔，却创造性地把量子概念用到了当时人们持怀疑的卢瑟用到了当时人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型，解释了近福原子结构模型，解释了近30年的光谱之谜。年的光谱之谜。里德伯里德伯 - 里兹并合原则里兹并合原则(1896年年)卢瑟福原子的有核模型卢瑟福
3、原子的有核模型（1911年）年）普朗克量子假设普朗克量子假设（1900年）年）玻尔玻尔氢原子理论氢原子理论(1913年）年）hEEnk|2. 跃迁假设跃迁假设nkEE玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论1. 定态假设定态假设原子从一个定态跃迁到另一定态，原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率会发射或吸收一个光子，频率稳稳定定状状态态 这些定态的能量不连续这些定态的能量不连续 不辐射电磁波不辐射电磁波 电子作圆周运动电子作圆周运动vvr向心力是库仑力向心力是库仑力 220241rermvnhnrmL2v由上两式得由上两式得, , 第第 n 个定态的轨道半径为个定态的轨道半径为 3. 角
4、动量量子化假设角动量量子化假设 轨道轨道角动量角动量.3 , 2 , 1n2h约化普朗克常数约化普朗克常数4. 氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量的计算 nhnrmL2v1）半径）半径nnremE2024121v2 2）能量）能量-13.6 eV, 3 , 2 , 1)(122202nrnmehnrno1A 529. 0r玻尔半径玻尔半径r2=4r1r2=9r1nrem2028121v2122042)8(1nEhmenEnEn ( eV)氢氢原原子子能能级级图图莱曼系莱曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系-13.6-1.51-3.39021nEEnhEEknnk光频光频
5、n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6cnknknk1波数波数(波长的倒数波长的倒数)11()11()(122221nkRnkhcEEEhcHkn理论nnr0nE01nnEEE 故可知当n很大时谱线趋于连续17105 016 097.1mRH实验此次实验测得此次实验测得17m 101 373 097. 1理论HR由前面推导计算得到由前面推导计算得到考虑到此次测量是在空气中完成的，由：所以经过修正可以看到此时理论值与实验值在实验误差范围内符合的很好nRnnR/)121(122理论测量17100973346. 1mnRRH测量2. 揭示了微观体系的量子化规律，为建立量子力学奠
6、定了揭示了微观体系的量子化规律，为建立量子力学奠定了基础。基础。意义意义1.成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来, 从理论上说从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱线结构。明了氢原子和类氢原子的光谱线结构。玻尔理论的意义和缺陷玻尔理论的意义和缺陷缺陷缺陷1.不能处理复杂原子的问题不能处理复杂原子的问题2. 完全没涉及谱线的强度、宽度等特征完全没涉及谱线的强度、宽度等特征3. 以经典理论为基础以经典理论为基础, 是半经典半量子的理论。是半经典半量子的理论。对于电子绕核的运动，用经典理论处理；对于电子绕核的运动，用经典理论处理；对于电子轨道半径，则用量子条件处理。对于电子轨道半径，则用量子条件处理。同位素移位 在谱线上，同位素对应的谱线会发生移位，称同位素移位。移位大小与核质量有关：核质量越轻，移位效应越大，因此氢具有最大的同位素移位。 谢谢大家！ 参考资料：量子力学教程 近代物理学 互联网
