长春工业大学实验技术研究课题.ppt

( 5 ) 玻尔氢原子理论 原子的核式模型建立时，只是肯定了原子核的存在，但对原子核外电子
的情况一无所知。
• 玻尔从核式模型（核10-15 m量级，原子半径10-10 m 量级，自然想到带负 电的电子绕核运动）。
• 原有的经典理论： • 1.电子在原子内部振荡，就必然发射电磁波（麦克斯韦方程组),能量逐渐减
第八章 原子发射光谱法
任课教师：孙国英 副教授 授课班级：090704 100704
一 原子理论的形成与发展
（1） 经典物理学的困难
十九世纪末，物理学的理论在当时看来已经发展到 相当完善的阶段。一般的物理现象都可以从相应的理论 中得到说明：在物体的机械运动速度比光速小得多时— —遵循牛顿力学规律；电磁学规律——麦克斯韦方程组； 光学的波动理论归结为麦克斯韦方程组；热力学理论有 以玻耳兹曼、吉布斯等人建立的统计物理学理论。当时 多数人的观点：物理现象的基本规律已完全被揭露，只 剩下把已有的规律应用到具体问题上去的工作了。
当时发现的一些新的物理现象，例如，黑体辐射， 光电效应，原子光谱线系，固体在低温下的比热……等 等，都是当时经典物理学理论无法解释的。这些现象揭 示了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世 界规律性的矛盾。二十世纪初，量子力学和相对论的建 立是人类认识客观世界的两次大革命。
(2)黑体辐射和普朗克能量量子假说
• 实验证明，α粒子偏转>90占1/8000,是汤姆逊模 型无法解释的。1911年提出卢瑟福模型：原子 中带正电部分很小，电子在带正电部分的外边， 因此,α粒子进入原子区受力 2Ze2/(4πε0 r2) ，可 产生大角度的散射。
• 1908年卢瑟福获诺贝尔化学奖。卢氏的学生和 助手11人获诺贝尔奖。卢瑟福埋葬在威斯敏特 斯特教堂，永远伴随牛顿和开尔文。
体辐射研究中引入能量量子，因此于
1918年获诺贝尔物理学奖。1918年选为
英国皇家学会会员，1930～1937年担任
威廉皇家科学促进协会会长。
早年的研究领域主要是热力学，后来，
转移到黑体辐射理论方面。1900 年10
月，他找到了一个适用于电磁波谱所有
波段的黑体辐射的经验公式。在公式推
导中，他提出一个革命性的假定，认为
能量只能取某一基本量hv（即能量量子）
的整数倍 ，h 为作用量子 ，即普朗克
常量。
德国物理学家
(3) 汤姆逊原子模型
(Joseph John Thomson）英国物理学家，接替瑞利任剑 桥大学卡文迪许实验室主任。研究了阴极射线在电场中的 偏转，证实了阴极射线是带电负粒子束，测量了这种粒子 的荷质比，其质量是氢原子的1/1837，起名为electron。 由此证明原子是由电子和带正电的部分组成。汤姆逊最早 提出了汤姆逊原子模型：原子带正电的部分是一个原子那 么大小的，具有弹性的冻胶状的球，正电荷均匀分布，带 负电的电子镶嵌在球内或球表面上，电子只能在平衡位置 作简谐振动（葡萄干蛋糕模型） 。所观察到原子发生的 光谱的各种频率就是这些电子的振动频率。汤姆逊1906年 因对电子的研究获诺贝尔奖，他的7个助手和学生也获得 过此殊荣。
原子轨道模型 • 氢原子电子只能在一系列一定大小，彼此分隔的量子化的
轨道上运动。电子在这样 轨道上运动具有一定能量；电 子从大轨道跃迁到小轨道时就放出一个相应能量的光子。 • 包括两个内容: 1.原子可长久处于定态，不发出也不吸收能量； 2.原子发出或吸收能量的方式，只能是通过从一定态跃迁 到另一定态。 • 玻尔提出的关于原子的量子规律，在原子核式模型基础上 提出了一个动态的原子结构轮廓，提出了微观体系特有 量子规律，它的局限性仅仅解释了氢原子这一最简单的原 子光谱现象，是一种半经典的理论。
Joseph John Thomson 1856-1940，英国物理学家， 电 子 的 发 现 者 ， 1906 年 获 诺 贝尔物理学奖。
George Paget Thomson， 1892-1975，因通过实验发现 受电子照射的晶体中的干涉 现象，1937年获得物理奖。 是诺贝尔奖历史上6次“子承 父业”奇迹之一。
任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体称为绝对黑体－简 称黑体。
普朗克假设: 黑体是由能量不能连续变化，带电的线性谐振子组 成，能量的分立值是εν的整数倍,
普朗克 量子论的奠基人。
普朗克
1858年4月～1947年10月。18理
论物理学研究所主任。1900年，他在黑
少，最终电子落到核上。原子半径只能是10-15 m，事实上原子一般半径为 10-10 m, 与事实不符。 • 2.电子轨道连续缩小，轨道运动的频率连续增大，原子光谱应该是连续光 谱，显然与事实也不符。
• 玻尔认为电子的轨道是分隔的，半径有一定 数值大小，不能连续变化。玻 尔提出，电子轨道2πr mv =nh, 电子在轨道上运动一周的位移2πr 乘动量 (mv)应等于普朗克常数的整数倍。
实物粒子动量m v，具有波长 λ＝ h /p ,称为德布 罗意波。
• 戴维逊与革末关于电子在晶体上的散射实验，证实 了德布罗意的假设。测不准原理
(6) 德布罗意波―物质波和量子力学的创立
德布罗意 法国物理学家(1892年~1987年)。1924年获 得巴黎大学博士学位。1928年起任母校理论物理学 教授直至 1962 年退休 。1933年当选为法国科学院 院士。 德布罗意在1924年发表电子波动论文，当时光的波 粒二象性刚被证实，他把这种二象性推广到物质粒 子，解决了原子内的电子运动问题，为此获1929年 诺贝尔物理学奖。
(4) 卢瑟福核式模型
（Ernest Rutherford）,新西兰农夫之子，1895 年卢瑟福以第二名考入剑桥读书。 α粒子散射实验，α粒子是放射性物体中发射 出来的快粒子（后来被证明是氦原子核，因放射 性研究获诺贝尔奖。）
F 2Ze2r 40R3 F = 2Ze2/(4πε0 r2)
• 即α粒子进入球体后，离球心越近，受力越小。 α粒子的初速度可知的，按汤姆逊模型不可能产 生大角度散射。