玻尔氢原子理论

一、氢原子光谱的规律性
H H H H
1、巴耳末系氢气放电管获
得氢光谱在可见光范围内有 四条
瑞典的埃格斯特朗在1853年
Ha ：红色 656.210nm
首先观测到的，波长的单位 就是以他的名字命名的。
Hb ：深绿
1890年，里德伯采用波数
486.074nm
1/
1H8g8：5年青，色瑞士数学家巴耳末 把43氢4原.01子0的nm前四条谱线归纳 巴H耳d ：末紫公色式
18-4 氢原子的玻尔理论
引言：
1、量子论
•1900年，普朗克引入能量子的概念，解释了黑体辐射 的规律，为量子理论奠定了基础； •1905年，爱因斯坦提出光量子学说，说明了光电效应 的实验规律，为量子理论的发展开创了新的局面； •1920~1926年，康普顿效应的发现、以及理论分析和 实验结果的一致，有力地证明了光子学说的正确性。
三、氢原子的玻尔理论
玻尔（Niels henrik David Bohr，1885-1962）
在1913年发表了《论原子结构与分子结构》等 三篇论文，提出了在卢瑟福原子有核模型基础上 的关于原子稳定性和量子跃迁的三条假设，从而 圆满地解释了氢原子的光谱规律。
玻尔的成功，使量子理论取得重大发展，推动
R
1 22
1 n2
410＝ .1B 20nn2n m222
n 3,4,5,
n3,4,5,R ＝ 1 .03 91 7 74 5 3 17 3 m 0 1
0
B364.56A
巴耳末系
波长极限值
里德伯常量
2、氢原子光谱规律
赖曼系(1916)紫外部分 帕邢系(1908)可见光
R(112n12) n2,3,4, R(312n12) n4,5,6,
T(nf)T(ni)
R
T (nf
)
n
2 f
R T (ni ) ni2
二 卢瑟福的原子有核模型
卢瑟福（E. Rutherford，1871-1937）
英国物理学 家，出生于 新西兰
1859年成为卡文迪许实验室主任J. J. Thomson的研究生。
1899年1月发现铀盐放射出α射线和β射线， 并提出天然放射性的衰变理论和衰变定律。
天然放射性的发现与电子和X射线的发现，是 20世纪三项最伟大的发现。
他于1908年获得诺贝尔化学奖金。
卢瑟福还判定α粒子是带正电的氦原子核，他 根据α粒子散射实验提出原子的有核模型。卢 瑟福被誉为原子物理之父，又是开创原子核 物理学的奠基人。
1、原子的葡萄干蛋糕模型
1903年J.J.汤姆孙提出：原子中的正 电荷和原子的质量均匀地分布在半径 为10-10m的球体范围内，而原子中 的电子浸于此球中。
布喇开系(1922)近红外部分 普丰德系(1924)红外部分 汉弗莱系(1953)远红外部分
R(412n12) R(512n 12)
R(612n 12)
n5,6,7, n6,7,8, n7,8,9,
R n 1 2 fn 1 i2 nf1,2, ;n inf1 ， nf2,
当nf一定时，由不同的ni构成一个谱系；
缺点：
•不能解释正负电荷不中和；
•不解释氢原子光谱存在的谱线系； S
•不解释α粒子大角度散射。
R
2、α粒子散射实验
大部分α粒子穿过金箔后只偏转很
小的角度；但是在实验中竟然发
现有少量α粒子的偏转角度大于
900，甚至约有几万分之一的粒子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ被向后散射了。
FP T θ
O
α粒子大角度散 射否定了汤姆 孙的原子模型。
2、光谱学
•19世纪80年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱 规律实质是显示了原子内在的机理。
3、电子的发现
•1897年，J.J.汤姆孙发现了电子，促使人们探索原子的 结构。
为运用量子理论研究原子结构提供的坚实的理论和实验基础。
氢 放 电 管
2~3 kV 光 源
光阑
三棱镜 （或光栅）
全息干板
记录原子光谱原理示意图
统一公式
不同的nf构成不同的谱系。 表面上如此繁杂的光谱线可以用如此简单
的公式表示，这是一项出色的成果。但是
实验表明：
它是凭经验凑出来的，它为什么与实验符 合得如此之好，在公式问世将近三十年内，
•原子具有线光谱；
一直是个谜。
•各谱线间具有一定的关系;
•每一谱线的波数都可表达为两个光谱项之差。
里兹组合原理：任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多 光谱项中的两项之差， 这是里兹在1908年发现的。
3、卢瑟福的原子有核模型或行星模型
1911年，卢瑟福提出原子有核模型或称行星 模型：原子的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，核的大小与整个原子相比是很小的。
原子的有核模型可以α解释粒子的大角度散 射问题。
4、卢瑟福的原子有核模型的困难
经典电磁理论：作加速运动的电子会不断地向外辐射电磁波， 其频率等于电子绕核旋转的频率。由于原子不断地向外辐射 电磁波，其能量会逐渐减少，电子绕核旋转的频率也要逐渐 地改变，因而原子发射的光谱应该是连续光谱。 由于原子总能量的减少，电子将逐渐接近原子核而导致电子 会落到原子核上。 实验事实：原子是稳定的；原子所发射的线光谱具有一定的 规律。
玻尔当时的研究课题是：卢 瑟福模型的稳定性问题和原子光 谱线状结构成因的解释。
玻尔理论基于
•卢瑟福的原子核模型 •氢原子光谱的巴尔末公式 •普朗克能量子概念
1、玻尔的基本假设
定态假说：电子在原子中，可以在一些特定的圆轨道上运动， 而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（定态）并具有一定 的能量。
了量子物理的形成，具有划时代的意义。
丹麦理论物 玻尔于1922年12月10日诺贝尔诞生100周年之
理学家，现 际，在瑞典首都接受了当年的诺贝尔物理学奖金。
代物理学的
1937年，他来中国作学术访问
创始人之一。
玻尔仔细研究了普朗克和爱因斯坦的理论后意识到
普朗克能量子假设
爱因斯坦光量子假设
微观系统以量子形式 发射和吸收能量 （辐射场）
微观系统以量子形式 发射和吸收量子化的
辐射场
玻尔假设－微观系统的能量结构本身就是量子化的
玻尔的逻辑是：如果微观系统只能以量子化的 方式吸收或发射量子化的场，那么最简单的解释就 是，假设微观系统的能量都被限制为分立的结构。
这时的玻尔是一位28岁的研究生，他作为访问 学者在著名的卢瑟福实验室工作。因而他很熟悉卢 瑟福的原子行星模型，同时他也很了解普朗克、爱 因斯坦的新思想。