玻尔理论的实验基础分解
玻尔原子理论
玻尔原子理论玻尔理论提出的前夜经典理论失足于原子尺度1911年卢瑟福建立原子核式结构模型，表明原子由原子核与电子组成，而电子就像一群孩子一样围着火堆跳着圆圈舞，这火堆正是原子核。
这一模型成功地解释了α粒子散射实验，但是一旦运用牛顿力学与经典电磁理论来仔细一下分析这一模型则会发现它与事实存在着很大的矛盾，是站不住脚的。
如果按照经典电磁理论来推导，电子在绕核运动的过程中必将不断地辐射电磁波，电子也将因此不断损失能量最终坠落到原子核上，这样一来原子就必将是一个不稳定的结构。
其次，辐射电磁波的频率应当等于电子绕核转动的频率，既然电子在损失能量的过程中就像坠落地球的陨石一样随着不断地靠近绕转频率做出连续性地变化，那么其辐射出的电磁波频率也应当是连续变化的。
然而事实上，原子的结构是稳定的，并不会出现电子坠落到原子核上的现象，这是难以想象的，否则它也不会得到原子的称号，因为“原子”（atom）一词的原意就是“不可分”，而且观察表明原子辐射总是辐射具有特定频率的分立的光波（线光谱），一般不会出现不断改变的连续谱。
经典理论在原子的尺度上受到了挑战，而且这并不是说当时没能出现某个天才人物，能够运用已有的经典理论建立一个适用于原子内部的模型，而是只要运用经典理论就不可能得到合理的理论，无论理论的建立者是怎样的天才。
打个不恰当的比喻，这看起来有点儿像阴沟里翻船，经典理论陷入原子的泥潭中难以抽身。
但不论怎样，现在亟须建立起一个不同于经典理论的新理论，来描述在原子尺度上发生的奇怪现象。
复杂的氢原子光谱且不谈古圣先贤们对于彩虹的研究和关于光谱的种种充满想象力的理论，在玻尔理论提出之前，至少是从牛顿开始，人们就已经积累了大量关于原子光谱的实验数据，尤其是在夫琅和费开拓性的发明了光柵之后。
但这些全都是经验性的，如果谈及理论即使是对原子光谱了解得再多的科学家也是一句话都说不出来，当时确实是出现了一些理论，像巴尔末公式、瑞兹公式，但这些理论都只是对数据做出了解释与预言，并未解释为什么会出现光谱，就像玻尔常常说的：瑞兹理论求出的那些谱线到底实际上是否存在是一个“离奇莫测”的问题。
1.4 玻尔理论
n 3.56
13
取整，被激发到
n n3
激发态。
1
氢原子可能辐射的波长是
hc 102.6nm EE hc 656.3nm EE hc 121.6nm EE
3 1 23 3 2 12 2 1
6562.8Å 4861.3Å 4340.5Å 4101.7Å
Hα
Hβ
Hγ
Hδ
H∞
图 氢原子光谱（Balmer系）
1 1 R( 2 2 ) 波数 nf ni
1
R 109677 .581 cm
1
Balmer公式与观测结果的惊人符合，引起了光谱学家的注 意。紧接着就有不少人对光谱线波长（数）的规律进行了 大量分析，发现，每一种原子都有它特有的一系列光谱项 T(n)，而原子发出的光谱线的波数，总可以表成两个光谱 项之差：
T (m) T (n)
其中m, n是某些整数。 显然，光谱项的数目比光谱线的数目要少得多。
1913年，玻尔首先把量子论应用到原子结构的研究上，使物 质结构理论进入了一个新阶段。 二、 玻尔基本假设 1. 稳定态假设
核外电子在一系列圆形轨道上绕核运动。在轨道上运动时无辐射， 为电子的稳定态，或定态，能量为 E1 E 2 E 3
4. 能级图
eV 0
-0.30 -0.54 -0.85 -151 帕邢系 -3.39
2
E 136eV n
n
6 5 4 3 2
巴尔末系
Rhc E 2 n
n
或
-13.58
n
n 1
电离能
基态
E 赖曼系 n 1 激发态
n
1
E
E1 136eV
玻尔模型的原理与应用
玻尔模型的原理与应用1. 简介玻尔模型是量子力学的早期发展中的一个里程碑。
它由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在1913年提出，并被广泛应用于解释氢原子的光谱现象。
玻尔模型基于一些假设和简化，但为后来的量子力学奠定了基础。
本文将介绍玻尔模型的原理以及其应用。
2. 原理玻尔模型基于以下几个假设： - 假设1：电子只能在离散的能级上存在，而不能在能级之间连续跃迁。
- 假设2：电子的轨道是圆形的，并且只能绕原子核运动。
- 假设3：电子在不发射或吸收能量的情况下，其运动在较低能级上是稳定的，这被称为静止状态或基态。
- 假设4：当电子吸收或发射能量时，它会从一个能级跃迁到另一个能级。
根据这些假设，玻尔提出了以下经验法则： 1. 守恒法则：电子在不发射或吸收能量的情况下，处于较低能级上是稳定的。
2. 跃迁法则：当电子吸收或发射能量时，它会从一个能级跃迁到另一个能级，能级差的能量等于电子吸收或发射的能量。
3. 应用玻尔模型的应用主要集中在解释氢原子光谱的特征和推导出一些量子力学的结果。
以下是玻尔模型的一些应用：3.1 光谱解释玻尔模型成功解释了氢原子光谱的特征，特别是巴尔末系列、帕邢-Balmer系列、洪德系列等。
根据玻尔模型，当电子从高能级跃迁到低能级时，会发射光子，并产生特定的光谱线。
这些光谱线在实验中被观察到，并与理论预测相符。
3.2 能级计算玻尔模型还可以用于计算氢原子的能级。
根据模型的假设和经验法则，可以得出电子在各个能级上的能量和轨道半径的表达式。
这些表达式可以用于计算氢原子的能级，并与实验结果进行比较。
3.3 分子结构解释玻尔模型还可以用于解释分子结构中的一些现象。
例如，通过将氢原子的玻尔模型扩展到多个原子，可以推导出分子中原子之间的键长和键能等物理量。
3.4 教学工具虽然玻尔模型有其局限性，但它仍然是一种简化的量子力学描述方法，在教学中被广泛应用。
通过讲解玻尔模型，可以帮助学生理解能级、轨道和光谱等基本概念，并为进一步学习量子力学打下基础。
玻尔模型的原理和应用
玻尔模型的原理和应用1. 简介玻尔模型，又称为玻尔-索末菲模型，是位于量子力学早期阶段的一种模型。
它由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出，用于解释氢原子的光谱线的产生机制。
玻尔模型成功地揭示了原子的稳定结构和能级的离散性质，并为后来量子力学的发展奠定了基础。
本文将介绍玻尔模型的原理及其在物理学和化学中的应用。
2. 玻尔模型的原理玻尔模型基于以下几个假设：1.电子只能在规定的轨道上运动，每个轨道对应一个特定的能级。
2.电子在轨道上运动时，不会辐射能量。
3.电子只有在跃迁到另一个较低能级的轨道上时，才会辐射出能量（光子），形成光谱线。
根据这些假设，玻尔推导得到了以下关于氢原子能级的公式：$$E = -\\frac{{2\\pi^2me^4Z^2}}{{h^2n^2}}$$其中，E为能级，m为电子质量，e为电子电荷，Z为原子核中质子数，h为普朗克常数，n为轨道的主量子数。
这个公式表明了能级与主量子数n的平方反比，能级越低，主量子数越小；能级越高，主量子数越大。
同时，这个公式也说明了能级的离散性质，即只有特定的能级值是允许的。
3. 玻尔模型的应用3.1 光谱线的解释玻尔模型的最初目的是解释氢原子光谱线的产生机制。
根据玻尔模型，当电子从一个较高的轨道跃迁到一个较低的轨道时，会释放出一个光子，其频率与能级差相关，从而形成光谱线。
通过对氢原子光谱线的研究，玻尔模型成功地解释了氢原子光谱线的频率和能级之间的关系。
3.2 原子结构的研究玻尔模型的成功启示了科学家们研究其他原子结构的思路。
通过将玻尔模型的原理推广到其他原子和离子系统中，科学家们能够预测和解释不同原子的能级结构和光谱线。
玻尔模型为我们理解原子的结构和性质提供了一个重要的基础。
3.3 量子力学的发展玻尔模型的提出对后来量子力学的发展产生了重要的影响。
玻尔模型的成功解释了氢原子光谱线和能级结构的实验现象，同时也暴露出了经典物理学的局限性。
14-2康普顿效应氢原子玻尔理论
三、康普顿散射实验
实验演示及实验结论：
I（相对强度） 0
45
90
在散射线中除有
（ 0）；
0
，还
，
0与 0 无关，但随散射角
增大而增大。
135
0
（散射波长）
四、光子说的解释
拓展：电子能谱
能量关系可表示：
hv EbEkEr
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量 Er 21Mma*2
电子能谱是利用高能光子照射被测样品，测量由此
引根起据的激光发电源子的能量不分同布，的电一子种能谱谱学方又法分。为:
X射线光电子能谱(简称 XPS)
(X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱(简称 UPS)
(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱(简称 AES)
(Auger Electron Spectrometer)
拓展：电子能谱
X射线光电子能谱(XPS) (X-Ray Photoelectron
Spectrometer)
在X射线作用下，各种轨道电子都有可能从原子中激发成为 光电子，由于各种原子、分子的轨道电子的结合能是一定的， 因此可用来测定固体表面的电子结构和表面组分的化学成分。
说明：
（1）氢原子的能量是一系 列分立的值——能级。
（2）由于 E 0 ，则 E 1
为把电子从第一玻尔轨道 移到无穷远处所需的能量 值，称为电离能。
自 氢原子能级图
由 态
n
E/eV
玻尔的氢原子理论
玻尔的氢原子理论
为此,J.汤姆孙在1904年提出了原子结构的枣糕式模型.该模型认 为，原子可以看作一个球体，原子的正电荷和质量均匀分布在球内， 电子则一颗一颗地镶嵌其中.1909年，J.汤姆孙的学生卢瑟福为了验证 原子结构的枣糕式模型，完成了著名的α粒子散射实验.实验发现α粒 子在轰击金箔时，绝大多数α粒子都穿透金箔，方向也几乎不变，但 是大约有1/8 000的α粒子会发生大角度偏转，即被反弹回来.这样的 实验结果是枣糕式模型根本无法解释的，因为如果说金箔中的金原子 都是枣糕式的结构，那么整个金箔上各点的性质应该近乎均匀，α粒 子轰击上去，要么全部透射过去，要么全部反弹回来，而不可能是一 些穿透过去，一些反弹回来.
玻尔的氢原子理论
二、 原子结构模型
1897年，J.汤姆孙发现了电子.在此之前，原 子被认为是物质结构的最小单元，是不可分的，可 是电子的发现却表明原子中包含带负电的电子.那 么，原子中必然还有带正电的部分，这就说明原子 是可分的，是有内部结构的.执着的科学家就会继 续追问：原子的内部结构是什么样的？简洁的里德 伯光谱公式是不是氢原子内部结构的外在表现？
玻尔的氢原子理论
三、 玻尔的三点基本假设
为了解决原子结构有核模型的稳定性和氢原子光谱的分 立性问题，玻尔提出以下三个假设：
（1）定态假设.原子中的电子绕着原子核做圆周运动， 但是只能沿着一系列特定的轨道运动，而不能够任意转动， 当电子在这些轨道运动时，不向外辐射电磁波，原子系统处 于稳定状态，具有一定的能量.不同的轨道，具有不同的能 量，按照从小到大的顺序记为E1、E2、E3等.
玻尔的氢原子理论
可是这个模型却遭到很多物理学家的质疑.因为按照当时的物 理理论（包括经典力学、经典电磁理论及热力学统计物理），这 样一个模型是根本不可能的，原因有以下两个：
高中物理玻尔理论教案
高中物理玻尔理论教案
学科：物理
年级：高中
课时：1
教学目标：
1.了解波尔理论的基本概念和内容；
2.掌握波尔理论中的原子结构和能级的基本原理；
3.能够运用波尔理论解释原子的光谱和能级跃迁；
4.培养学生分析问题和解决问题的能力。
教学重点：
1.波尔理论的基本概念和内容；
2.原子的光谱和能级的解释；
3.能级跃迁的原理。
教学难点：
1.能级跃迁的解释；
2.原子光谱的应用。
教学准备：
1.教材：《物理课本》；
2.多媒体教学设备。
教学过程：
一、导入（5分钟）
教师引入波尔理论的基本概念和历史背景，激发学生对波尔理论的兴趣。
二、讲解波尔理论（15分钟）
1.波尔理论的提出和基本内容；
2.原子结构的描述；
3.能级和量子数的概念。
三、应用波尔理论分析问题（15分钟）
1.波尔理论解释原子的光谱；
2.能级跃迁的过程；
3.量子数的物理意义。
四、课堂练习（10分钟）
学生进行波尔理论相关的练习，加深对波尔理论的理解和掌握。
五、总结与拓展（5分钟）
教师总结本节课的内容，提出问题，引导学生思考波尔理论的应用和拓展。
作业：完成相关习题；查阅资料，了解波尔理论的实验验证。
教学反思：
通过本节课的教学，学生可以了解波尔理论的基本概念和内容，掌握波尔理论的原子结构和能级的基本原理，培养学生分析问题和解决问题的能力。
同时，注重培养学生的实践能力和思考能力，促进学生对物理知识的理解和运用。
波尔的氢原子理论
2 卢瑟福的核式模型
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 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。
卢瑟福的α粒子散射验证了核式模型。
19-1 波尔的氢原子理论
量子物理起源于对原子物理的研究，人们从高能粒子的 散射实验和原子光谱中获得原子内部信息。
3
4
一 玻尔理论的实验基础
1 汤姆逊葡萄干面包模型
1903年，汤姆孙提出原子结构模 型：原子里面带正电的部分均匀地 分布在整个原子球体中，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。
5 6 普芳德（Pfund）系
区域 紫外 可见 可见 红外 红外
此后又发现碱金属也有类似的规律。
日期 1906年 1880年 1908年 1922年 1924年
3 里兹并合原理
~ T(m α) T(n β)
R
光谱项 ： T(m) (m )2
R
T (n) (n )2 10
三 经典电磁理论遇到的困难
6
粒子散射
4 2
H
e
,
q 2e, 原子量为4，m 7500me
粒子束射向金箔：
-
(1) 多数 0
+
（2）少数 较大
1 / 8000被反射，
（3）极少数 ，反弹
大部分透过。
7
1911年，卢瑟福提出原子的 “有核结构模型”
原子的核式模型
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。
高中物理玻尔教案
高中物理玻尔教案
教学内容：波尔模型的提出及氢原子的能级结构
教学目标：
1. 了解波尔模型的基本概念和假设。
2. 掌握氢原子的能级结构和能级跃迁的原理。
3. 理解氢原子光谱线的产生原理及应用。
教学重点：
1. 波尔模型的提出及基本概念。
2. 氢原子的能级结构和能级跃迁原理。
教学难点：
1. 理解氢原子的能级结构和能级跃迁的影响。
2. 理解氢原子光谱线的产生原理及应用。
教学准备：
1. 讲义、PPT等教学辅助材料。
2. 适量的氢原子模型或仿真装置。
3. 氢光谱实验相关材料。
教学步骤：
1. 导入：通过实验或图片展示氢光谱线，并引导学生思考相关问题。
2. 概念讲解：介绍波尔模型的提出及氢原子的能级结构。
3. 能级分析：利用模型或实验装置进行氢原子的能级分析。
4. 能级跃迁：让学生通过示意图或实验理解氢原子的能级跃迁现象。
5. 光谱线产生：分析氢原子光谱线的产生原理及其应用。
6. 拓展应用：介绍其他元素的光谱线产生原理及应用。
教学总结：
通过本节课的学习，学生应该能够理解波尔模型的提出及氢原子的能级结构，掌握氢原子能级跃迁的原理，理解氢原子光谱线的产生原理及应用，并能够运用所学知识解决相关问题。
教学反思：
本节课重点讲解了波尔模型及氢原子的能级结构，通过实验和理论结合的方式让学生更容易理解并掌握相关知识。
在教学过程中，要引导学生积极思考并提出问题，激发他们的学习兴趣和探究欲望。
高三物理原子的核式结构与玻尔理论
能力· 思维· 方法
【解题回顾】观察下列宏观物体的波动性， 是因为，波长大小，而微观粒子的德布罗意 波长较大，就较容量观察到其波动性.
延伸· 拓展
【例4】α 粒子散射实验中，当α 粒子最接近 原子核时，α 粒子符合下列的情况是（AD） A.动能最小 B.势能最小 C.α 粒子与金原子核组成的系统的能量最小
课 前 热 身
1.第一次发现电子的科学家是 汤姆生 ，他提出 了 枣糕式 原子模型. 2.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现 象提出来的（C） A.光电效应 B.氢原子光谱实验
C.α 粒子散射实验
D.天然放射现象
课 前 热 身
3.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据 是在α 粒子散射实验中发现粒子（C）
En=E1/n2(n=1、2、3……)
轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3……) n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn 的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上 运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限 远处为零电势点，则E1=-13.6eV.
要点· 疑点· 考点
注意：量子数n=1定态，又叫基态，能 量值最小，电子动能最大，电势最小；量子 数越大，能量值越大，电子动能越小，电势 能越大.
能力· 思维· 方法
【解析】根据玻尔理论，当处于基态的氢原 子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个 光子的能量h，从基态跳迁到某一定态，如果 处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发 出频率为1、2、3的三种光，则该定态一定 为第三能级，再由三种光的频率的大小和氢 原子能级关系，当有h1＜h2＜h3 ，而且有 （h1+h2）=h3，而h3为照射光的光子能量， 也为基态与第三能级间的能量差，故本题答 案为C.
3 波尔理论
天然放射性核素能够自发地放出各种射线, 从而衰变为另一种核素。
2 α射线：带两个正电荷的氦核 He4 粒子流；
β射线：带负电荷的高速电子流；
γ射线：从原子核内放出来的电磁波，它实际 上是一束能量极高的光子流，它的波长比X射 线还要短，穿透本领比X射线更强。
β
γ
α
1895-1897的三大发现，使物理学发生了深刻的变化： • 电子的发现否定了原子是最小物质结构单元的说法
三、玻尔理论
1913年英国剑桥大学的学生N· Bohr提出了一个假 设，成功地解释了H原子光谱。 1、基本思想 ① 承认卢瑟福的原子天文模型 ② 放弃一些经典的电磁辐射理论 ③把量子的概念用于原子系统中 2、玻尔的三条假设 ① 原子系统只能存在于一系列不连续的能量状态 中（E1、E2、E3·· ·），在这些状态中，电子绕核作 加速运动而不辐射能量，这种状态称这为原子系 统的稳定状态（定态）
m确定那个谱线系 n确定哪条谱线 m n 光 谱 系 区域 日期 1 2 赖曼（Lyman）系 紫外 1906年 可见 1880年 2 3 巴尔末（Balmer）系 可见 1908年 3 4 帕邢（paschen）系 红外 1922年 4 5 布喇开（Brackett）系 红外 1924年 5 6 普芳德（Pfund）系 此后又发现碱金属也有类似的规律。
1、发射光谱：原子受激后又自动“退激”而自发 发出的辐射
2、吸收光谱：连续光谱照射下，原子吸收光子，
明亮背景上出现了若干暗线 五、玻尔理论的成功及局限 1、成功 ① 能较好地解释氢原子光谱和类氢原子光谱；
1922年获诺贝尔奖 ③能级间跃迁的频率条件。 2、局限性
① 用经典理论推出电子有固定轨道、确定的 空间坐标和速度 ② 人为引进量子条件，限制电子运动
第15章 量子物理基础------玻尔理论
px x h
经严格证明此式应为：
px x 2
py y 2
pz z 2
这就是著名的海森伯测不准关系式
测不准关系式的理解
1. 用经典物理学量——动量、坐标来描写微观粒子 行为时将会受到一定的限制 。 2. 可以用来判别对于实物粒子其行为究竟应该用经典 力学来描写还是用量子力学来描写。 3. 对于微观粒子的能量 E 及它在能态上停留的平均 时间Δt 之间也有下面的测不准关系：
e2 v2 m 2 2 4 0 rn rn 1
h L mvrn n 2
2 2
0h rn n ( ) 2 m e
0 0h r1 0.53 A 2 me 2
第一玻尔轨道半径
rn n r1
2
(2)能量量子化和原子能级
1 e 2 E n mv n 2 4 0 rn
32
o 1 ~ 6563 A 32
连 续
H
0
青H
0
深绿H
0
3645.7 A 4340.1 A 4860.7 A
二、玻尔理论的局限性
1. 把电子看作是一经典粒子，推导中应用了牛顿 定律，使用了轨道的概念， 所以玻尔理论不是彻 底的量子论。 2.角动量量子化的假设以及电子在稳定轨道上运动 时不辐射电磁波的是十分生硬的。 3. 无法解释光谱线的精细结构。 4. 不能预言光谱线的强度。
2、频率假设 原子从一较大能量En的定态向另一较低能量Ek的定 态跃迁时，辐射一个光子
h En Ek
跃迁频率条件
原子从较低能量Ek的定态向较大能量En的定态 跃迁时，吸收一个光子
玻尔的原子模型
3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不 同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的， 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子 核式模型提出，是能级假设的补充）
二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿
力学计算出氢原子的电子的各条可能
在实验中，逐渐增加VG2K，由电流计读出板极电流IA，得到如 下图所示的变化曲线.
IA (uA)
e c a
d b
o
o
V1 V2
V3 V4
V5
V6
图2-2-4 夫兰克—赫兹管的IA～VG2K曲线
VG2K
4. 玻尔理论的局限性
●
玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提
出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，
B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的 电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同
C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率 与原子能量变化之间的定量关系
D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利 用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的
2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法
是（ C
）
A、原子只能处于一系列不连续的状态中， 每个状态都对应一定的能量
程中（ C ）
A、原子要发出一系列频率的光子
B、原子要吸收一系列频率的光子
C、原子要发出某一频率的光子
D、原子要吸玻尔理论
仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。
● 量子化条件的引进没有适当的理论解释。
5.电子在某处单位体积内出现的 概率——电子云(演示1.演示2)
练习：
1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是 ACD
（
）
A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能 量和电子轨道引入了量子化假设
第二章 玻尔氢原子理论
第二章 原子的能级和辐射一、学习要点：1.氢原子光谱：线状谱、五个线系（记住名称、顺序）、广义巴尔末公式)11(~22nm R -=ν、 光谱项()2nR n T =、并合原则：)()(~n T m T -=ν 2.玻尔氢原子理论：(1)玻尔三条基本假设的实验基础和内容（记熟）(2)圆轨道理论（会推导）：氢原子中假设原子核静止，电子绕核作匀速率圆周运动02200202220A 529,04,Z Z 4≈===e m a n a n e m r e e n πεπε;13714,Z Z 40202≈===c e n c n e c e n πεααπευ； ()n hcT n hc R n e m E e n --=-=∞22224220Z 2Z )41( πε，n ＝１.2.3……(3)实验验证：（a ）氢原子五个线系的形成)11(Z ~,)4(222232042n m R c h e m R e -==∞∞νπεπ (会推导）非量子化轨道跃迁 )(212n E E mv h -+=∞ν （b ）夫－赫实验：装置、.结果及分析；原子的电离电势、激发电势3.类氢离子（+++Li ,He ,正电子偶素.-μ原子等） (1) He +光谱:毕克林系的发现、波数公式、与氢原子巴耳末系的异同等(2)理论处理（会推导）：计及原子核的运动，电子和原子核绕共同质心作匀速率圆周运动e e m M m M +⋅=μ, 正负电荷中心之距Ze n r n 22204μπε =. 能量2242202Z )41(n e E n μπε-=，里德伯常数变化Mm R R e A +=∞11 重氢（氘）的发现4.椭圆轨道理论 索末菲量子化条件q q n h n pdq ,⎰=为整数a n nb n e m a n e m E n p e n ϕϕϕπεπε==-==,Z 4,2Z )41(,2220224220 ，n n n ,,3,2,1;,3,2,1 ==ϕn 一定，n E 一定，长半轴一定，有n 个短半轴，有n 个椭圆轨道（状态），即n E 为n 度简并。
原子模型与玻尔理论的基础
原子模型与玻尔理论的基础在物质世界中，原子是构成一切物质的基本单位。
原子模型的发展经历了漫长而复杂的历史，而玻尔理论则为我们提供了更深入的理解。
本文将探讨原子模型与玻尔理论的基础。
一、原子模型的起源原子的概念最早可以追溯到古希腊时期的哲学家们，如德谟克利特和伊壁鸠鲁。
他们认为，物质是由不可分割的微小粒子组成的。
然而，直到19世纪末，科学家们才开始研究原子的真实本质。
约翰·道尔顿是第一个提出原子模型的科学家。
他认为，原子是不可再分的、质量恒定的实体，并且不同元素的原子具有不同的质量。
然而，道尔顿的模型并没有解释原子内部的结构和性质。
二、汤姆逊的发现在19世纪末和20世纪初，约瑟夫·汤姆逊进行了一系列的实验，揭示了原子内部的结构。
他发现，原子是由带正电荷的质子和带负电荷的电子组成的。
汤姆逊提出了“杏仁布丁模型”，将原子比喻为带有电子的正电荷均匀分布的球体。
然而，杏仁布丁模型并不能解释一些实验结果，如金属的热导性和光电效应。
这促使科学家们进一步研究原子的内部结构。
三、玻尔理论的提出1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出了玻尔理论，该理论基于能级和量子化的概念，为原子内部结构提供了更深入的解释。
玻尔理论认为，原子的电子绕核运动，但只能处于特定的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或放出特定频率的光子。
这解释了原子光谱的特殊性质。
玻尔理论还提出了电子轨道的概念，即电子在特定距离核心的轨道上运动。
每个轨道对应一个能级，而每个能级又有特定的能量。
这种能级结构解释了为什么原子只能吸收或放出特定能量的光子。
四、玻尔理论的局限性尽管玻尔理论为原子模型提供了重要的基础，但它仍然有一些局限性。
例如，玻尔理论无法解释原子内部的电子云结构，以及更复杂的原子核结构。
为了更全面地理解原子的内部结构，科学家们进一步发展了量子力学理论。
量子力学理论通过数学模型描述了原子和分子的行为，并成功解释了原子核、电子云和化学键等现象。
玻尔效应的原理和应用实验
玻尔效应的原理和应用实验1. 玻尔效应的原理玻尔效应是指在量子力学中，当电子从较高的能级跃迁到较低的能级时，会放出一定的能量，形成谱线。
这是由于电子跃迁时，会从较高的能级向较低的能级释放能量，这个能量的差值对应着一个特定的光子能量。
这一现象被称为玻尔效应，它对于解释原子光谱有着重要的意义。
1.1 跃迁能级和谱线在原子中，电子会绕核心运动，而电子的能量是离散的，即只存在于特定的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会放出或吸收能量。
这些能级之间的跃迁所对应的能量差异决定了谱线的位置和强度。
1.2 能级跃迁的选择定则能级跃迁的选择定则是指在跃迁发生时，要满足一定的条件才能发生。
主要有以下几个规则：•角动量守恒定则：跃迁前后电子角动量要守恒；•自旋守恒定则：自旋要守恒；•禁阻定则：一些跃迁可能会被禁止或受到限制。
2. 玻尔效应的应用实验玻尔效应的原理为实验提供了基础，下面将介绍一些基于玻尔效应的应用实验。
2.1 原子光谱通过研究原子光谱，我们可以了解原子内部结构和电子能级的分布情况。
通过分析不同谱线的位置和强度，可以推断出原子的特性和性质。
原子光谱在天体物理学中有着重要的应用，可以帮助我们了解星系的组成和演化。
2.2 激光激光是基于玻尔效应的一种技术应用。
激光的原理是利用玻尔效应中的能级跃迁来放大光信号，产生高度聚焦的单色光。
激光在医学、通信、制造等领域有广泛的应用，如激光手术、激光打印等。
2.3 原子钟原子钟是利用玻尔效应中能级跃迁的稳定性来制作的高精度时钟。
通过测量特定能级跃迁的频率，可以实现极高的时间稳定性和精度。
原子钟在卫星导航、科学研究等领域有着重要的应用。
3. 结论玻尔效应是在量子力学中解释原子光谱的重要理论基础，它揭示了电子能级跃迁与光谱的关系。
基于玻尔效应的应用实验，如原子光谱、激光和原子钟等，在科学研究和技术应用中起到了重要的作用。
通过深入研究和应用玻尔效应，我们能深入理解原子的内部结构和性质，为科学和技术的发展提供基础。
bohr 量子力学
bohr 量子力学Bohr量子力学是以丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）的名字命名的一种量子力学理论体系。
它是20世纪20年代至30年代发展起来的，对于原子和分子的结构以及它们在光谱学、化学等领域的行为有着重要的贡献。
Bohr量子力学的核心思想是基于能级理论和量子跃迁的概念。
根据玻尔的理论，原子的电子绕核心运动的轨道是量子化的，即只允许某些特定的能量值。
这些能量值被称为能级，而对应每个能级的电子数目被限制为一定的数量。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或释放特定频率的光子。
Bohr量子力学的理论基础是玻尔的量子条件和量子力学原理。
量子条件规定了电子跃迁时所吸收或释放的光子的能量应满足能级之间的差值关系。
量子力学原理则是指出，电子在能级间的跃迁是不连续的，即电子在一个能级上停留的时间是固定的，而跃迁的过程是瞬时完成的。
Bohr量子力学的成功应用之一是解释了氢原子光谱的规律。
根据玻尔的理论，氢原子的电子只能处于一系列离散的能级中，当电子从高能级跃迁到低能级时，会发射出特定频率的光子，形成光谱线。
这种光谱线的频率和能级之间的关系可以通过量子条件来解释和预测。
Bohr量子力学对于原子结构的理解也有重要意义。
它提出了电子云模型，将电子看作是在离核心一定距离范围内运动的云状分布。
这一模型解释了原子的体积和化学性质，为后来的量子化学理论奠定了基础。
然而，虽然Bohr量子力学在解释实验结果和预测现象方面非常成功，但它也存在一些局限性。
例如，它无法解释原子核的结构和粒子之间的相互作用。
为了克服这些问题，后来发展了更加复杂和精确的量子力学理论，如薛定谔方程等。
总的来说，Bohr量子力学是量子力学发展史上的重要里程碑之一。
它的提出和应用推动了人们对原子和分子结构的理解，为后续量子力学理论的发展奠定了基础。
尽管Bohr量子力学在某些方面存在局限性，但它仍然是理解微观世界行为的重要工具之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出 光子理论，提出了光量子假设。
爱因斯坦的光量子假设
光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在 空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量 为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速
§2.1、玻尔理论的实验基础
卢瑟福原子核式结构模型的成就：对粒子的散射实验给出了 令人满意的解释，第一次正确地解决了原子内部的结构问题。
问题：对核外电子的运动情况还没有令人满意的说明。
1900年普朗克发表了著名的量子假说，但很少有人注意他的文 章，更不要说理解它了；连普朗克本人也不喜欢自己的“量子 ”，他与很多人一起想把量子说纳入经典轨道。可是，爱因斯 坦却认真对待这一革命性的观念，他在提出狭义相对论的同年 (1905年)明确地提出了光量子的概念。无独有偶，爱因斯坦的 论文同样不受名人的重视，甚至到了1913年，德国最著名的四 位物理学家(包括普朗克在内)在一封信中还把爱因斯坦的光量 子概念说成展‘迷失了方向” 。
c2 1.43102米开
维恩公式在短波部分与实验结 果吻合得很好，但长波却不行。
E(,T )
• 瑞利和琼斯用能量均分定理和 电磁理论得出瑞利—琼斯公式：
实验
瑞利-琼斯
E(,T ) 2 ckT 4
瑞利—琼斯公式在长波部分与实 验结果比较吻合。但在紫外区竟 算得单色辐出度为无穷大—所谓 的“紫外灾难”。
维恩理论值 T=1646k
1900年元旦，英国物理学家开耳文在一篇总结以往几百年来物 理学的文章中说：“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理 学家似乎只要做一些零碎的修补工作就行了；但是，在物理学 晴朗天空的远处还有两朵令人不安的乌云。”这两朵乌云，指 的是当时物理学无法解释的两个现象其中一个就是黑体辐射， 另一个是迈克尔逊—莫雷干涉实验(1887年) 。正是这两朵乌云 ，不久便掀起了物理学上一场深刻的革命：一个导致量子力学 的诞生，一个导致相对论的建立。
热辐射的电磁波能量对频率有一个分布，怎么去研究热辐射 的规律呢？
提出 “理想模型”的方法
黑体：对什么光都吸收而无反射 的物体，它是一种在自然界中并 不存在的完全理想的黑体。
黑体
• 维恩根据经典热力学得出一个半经验公式：维恩公式
E(,T )
c1
c2
e T
5
c1 3.701016焦耳米2 / 秒
使他决心“不惜一切代价 找到一个理论的解释”。 经过二个月的日夜奋斗， 普朗克在12月14日在德国 物理学会提出：电磁辐射 的能量交换只能是量子化 的。
E nh , n 1,2,3,L
E(,T )
实验
瑞利-琼斯
普朗克理论值
维恩理论值
T=1646k
由于这一概念同经典物理严重背离 ，因此在以后的十余年内，普朗克 很后悔当时提出“量子说”，并想 尽办法试图把它纳入经典范畴.
（3）光电流正比于光强的解释 光强正比于单位时间流过单位面积的光子数。光强越大，
光子数越多。 金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，
光电子越多，光电流越大。
（4）光电效应瞬时性的解释 电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子
反向遏止电压 | U0 | 与光强无关。 •当入射光频率 < 0 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
③光电效应是瞬时的 从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。
经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波 的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大， 光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该 随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不 应该有什么截止频率。
可是，当时年仅28岁的丹麦物理学家尼尔斯·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福原子结构模型， 解释了近30年的光谱之谜。
一、实验基础之一—— 黑体辐射
分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射电磁波。这种与温 度有关的辐射称为热辐射。
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量时，热辐射 过程达到热平衡，称为平衡热辐射。
Q Ek0 0 , h A 0 ,
h A ,
A h
0
不同金属具有不同的截止频率。
当入射光频率 > 0 时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。
（2） Ek0 , | U0 | 的解释
由 Ek0 e | U0 | h A 可知，
h A
U0
e
e
初动能及反向遏止电压与 成正比，而与光强无关。
二、实验基础之二—— 光电效应
光线经石英窗照在阴极上，便有 电子逸出----光电子。
阳 极
光电子在电场作用下形成光电流。
W 石英窗
A
K阴
极
当 K、A 间加反向电压，光电子要
克服电场力作功，当电压达到某一
值 U0 时，光电流恰为0。 U0称反
向遏止电压。
G V
此时光电子动能全转换成电势能
Ek max
1 2mv2Fra biblioteke| U0
|
遏止电压的大小反映光 电子初动能的大小。
光电效应实验规律
①.光电流与光强的关系 饱和光电流强度与入射光强度成正比。
阳A
W 石英 窗
K阴
②.截止频率0 ----红限
极
极
对于每种金属材料，都相应的有一确定
的截止频率0 。
•入射光频率 > 0 时，电子逸出金属表面；
G V
当 > 0 时， 光电子初动能 Ek0
c 运动。
爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消
耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子的动能 Ek0 。由能量
守恒可得出：
h
1 2
mvm
2
A
式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出功；
EK 0
1 2
mvm
2
为光电子的最大初动能。
光电效应的解释
（1）截止频率0 （红限）的解释
1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出了一个 黑体辐射能量分布公式：
E(,T ) 2 2 h
c2 eh / kT 1
式中：k为玻尔兹曼常数，
h=6.626×10－34 J.s
称为普朗克常数。
这个公式是普朗克为了凑合实验数据而猜出来的。
发现：普朗克的黑体辐射 能量分布公式和实验结果 以惊人的精确性相符合。