波尔的氢原子理论共27页
原子物理课件 第2节 玻尔氢原子理论
一、经典理论的困难 设电子质量为m,由于核的质量远大于电子的质量, 设电子质量为 ,由于核的质量远大于电子的质量,所以可把 核看作是静止的(一个假设),只有电子以速度v 绕核运动。 ),只有电子以速度 核看作是静止的(一个假设),只有电子以速度 绕核运动。 氢原子核带正电+e,但为了将来便于推广到其它原子, 氢原子核带正电 ,但为了将来便于推广到其它原子,考虑一 个电子绕核+Ze运动的情况。 个电子绕核 运动的情况。 运动的情况
时,运动才是稳定的。此即为角动量量子化条件。 运动才是稳定的。此即为角动量量子化条件。 从里德伯公式导出玻尔频率条件
ɶ ν= 1 1 = R H ( 2 − 2 ) = T ( m ) − T ( n) λ m n hcRH hcRH ɶ hν = hcν = − = hcT ( m ) − hcT ( n) 2 2 m n 1
三、波尔理论的推导 玻尔认为电子在原子核的库仑场中做圆周运动, 玻尔认为电子在原子核的库仑场中做圆周运动,所需的向心 力由库仑引力来提供, 力由库仑引力来提供,即
mυ 2 Ze 2 牛顿第二定律: 牛顿第二定律: = r 4πε 0 r 2
( 1)
1 Ze 2 1 Ze 2 2 =− 原子的能量: 原子的能量: E = mυ − 2 4πε 0 r 4πε 0 2r
② 能量量子化 代入( ) 将r代入(2)式: 代入
Ze 2 2π 2 me 4 Z 2 E = En = − =− ⋅ 2, 2 2 4πε 0 2rn (4πε 0 ) h n 1
能量量子化
( n = 1, 2, 3⋯⋯)
2π 2 me 4 Z2 取E1 = − = −13.6eV,则E n = E1 ⋅ 2 2 2 (4πε 0 ) h n
课玻尔氢原子理论级2021文档PPT
1 n2
)
n3,4,
波数:单位长度上 R1.096776107m1
含有的波的数目
1 c
里德堡常数
一、玻尔理论的实验基础
2.氢原子光谱的实验规律 a.巴尔末经验公式:
~
1 R(22
1 n2)
n3,4,
R1.096776107m1 巴
赖尔
b.综合经验公式:
曼末 系系
布
帕喇 邢格 系系
{
1
R(m12
所充满活力,兴旺发达的原因。 在于他具有大胆和
1922年获诺贝尔奖
谦逊两种品德难得
爱因斯坦评价说: 的结合”
例1:动能为2eV的电子,从无穷远处向静止质 子运动,最后被俘获形成基态氢原子。求:
1.在此过程中发射光波的波长。 2.电子绕质子运动的动能为多少。 3.势能?角动量?动量?角速度?速度?
玻尔:
卢瑟福的学生,在其影响下具有
严谨的科学态度,勤奋好学,平
易近人,很多科学家纷纷来到他
身边工作。当有人问他,为什么
能吸引那么多科学家到他身边工
作时,他回答说:“因为我不怕
在青年面前暴露自已的愚蠢”。 “作为一个科学的
这种坦率和实事求是的态度是使 思想家,玻尔具有
当时他领导的哥本哈根理论研究 那么惊人的吸引力,
1.玻尔的三条假设
定态能级假设 角动量量子化假设 频率条件
三、玻尔氢原子理论
1.玻尔的三条假设
a.定态能级假设:原子系统只能处在一系列
不连续的能量状态. E1、E2、E3···。
b.角动量量子化假设:电子绕核运动的角动 量满足角动量量子化条件:
Ln h n
2
n=1、2、3、
玻尔的氢原子理论
玻尔的氢原⼦理论§4. 玻尔的氢原⼦理论⼀玻尔(1885-1962)丹麦物理学家尼尔斯·玻尔,⽣于丹麦哥本哈根的⼀个富裕知识分⼦家庭,⽗亲是哥本哈根⼤学⽣理学教授。
1903年进⼊哥本哈根⼤学数学和⾃然科学系,⼤学⼆年级时他热中于研究⽔的表⾯张⼒问题,并在丹麦皇家科学院的有奖征⽂中容获⾦质奖章,1909年获硕⼠学位,1911年以论⽂《⾦属电⼦论的研究》获博⼠学位。
1911年9⽉,他到英国剑桥卡⽂迪什实验室进修,据说他第⼀次与导师J.J.汤姆孙见⾯时,就把他论⽂中批评汤姆孙的段落当⾯指出,使导师很不⾼兴,因⽽给以冷遇。
1912年3⽉转到了曼彻斯特随卢瑟福⼯作,这成了他⼀⽣的重要转折点。
玻尔在卢瑟福实验室⼯作期间(约4个⽉),正值卢瑟福发表有核原⼦理论,并组织对这⼀理论进⾏检验。
玻尔参加了α粒⼦散射实验⼯作,因此清楚这⼀理论所⾯临的困难。
但玻尔坚信卢瑟福有核原⼦模型的正确性,认为“只有量⼦假说是摆脱困难的唯⼀出路”。
1913年提出著名的玻尔原⼦理论。
1916年任哥本哈根⼤学教授,1921年起⼀直领导着该校为他建⽴的理论物理研究所,直到去世。
玻尔于1916年、1927年分别提出对应原理和互补原理,1936年提出原⼦核的液滴核模型,1939年创⽴核裂变理论,预⾔铀的⾃⾝裂变。
曾参加第⼀颗原⼦弹的制造。
1922年因对原⼦结构和原⼦辐射的研究⽽获得诺贝尔物理学奖。
⼆玻尔的氢原⼦理论1.汉森的拜访1912年7⽉回到哥本哈根,1913年初,玻尔的好友、光谱学家汉森(H.M.Hansen)在拜访玻尔时问到原⼦结构和光谱学中的谱线有什么关系?并向玻尔详细介绍了巴尔末的发现,以及谁也⽆法对巴尔末公式作出解释。
2.斯塔克的启⽰1913年2⽉玻尔注意到德国物理学家斯塔克(J.Stark)在《原⼦动⼒学原理》⼀书中的⼀段话:“⼀个光谱的全部谱线是由单独⼀个电⼦造成的,是在这个电⼦从⼀个(⼏乎)完全分离的状态逐次向势能最⼩的状态跃迁过程中辐射出来的。
波尔的氢原子理论.ppt
核内,正负电荷中和,原子宣告崩溃(塌缩)。但现实世界 原子是稳定的。
(2). 原子线状光谱问题:按经典电动力学,原子发光的频率= 电子轨道运动的频率,r连续减小,f连续增大,原子发出连续光 谱。但事实是:原子光谱是分立线状光谱
二、玻尔假设
玻尔深信量子化这一新概念,特别是当它看到巴 耳末氢光谱公式后,原子内部结构全然呈现在他 的想象中。
玻尔的氢原子理论,可分三部分
1、定态假设
原子内部存在一系列离散的具有确定能量的稳定状态——定态。 电子在这些定态上运动,其量子化的能量守恒,电子不会辐射 能量,这称为玻尔的定态假设
量子化能级的出现是原子稳定性的基石,因为能级之间是禁 区。
势能的一半:
E
1 2
mv2
Ze2
4 0r
1 2
Ze2
4 0r
1 2
Ep
(1)、原子总能量 E 1 Ze2 , (r , E )
2 4 0r
(2)、电子轨道运动的频率:
2、经典理论的困难
ve
Z
f
2r 2
4 0mr3
(1).原子稳定性问题:卢瑟福将行星模型用于原子世界, 电子绕核运动,电子带-e电荷,轨道加速运动会向外辐射
1、电子在原子核的库仑场中的运动
卢瑟福将行星模型用于原子世界,电子绕核作圆周运动(设 原子核不动)
向心力:m
v2 r
Ze2
4 r 2
动能Ek
1 mv2 2
1 2
Ze2
4 0r
设:r
时势能为0,原子系统势能为E p
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:
高二物理竞赛波尔的氢原子理论PPT(课件)
中间的谱线
n
n
氢原子的第一玻尔速度:
1903 Planck 能量量子化; 1905 Einstein光量子理论。 电子定态轨道角动量满足量子化条件: 电子定态轨道角动量满足量子化条件:
n ∞,r ∞,E 0 电离能:将一个基态电子电离需要的最少能量。 轨道半径rn∝n2,|En|∝1/n2
En
1 2
mev2
r 为保证定态假设中能量取不连续值,必须 取不连续值,如何做到?
把基态氢原子的电子移到无穷远时所需要的能量,即氢原子的电离能。
电子定态轨道角动量满足量子化条件:
Ze2
4 0 r 2
Ze
氢原子的第一玻尔速度:
电子定态轨道角动量满足量子化条件:
2
原子体系的能量: 1 Ze 1 Ze 电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运动,且不辐射电磁波,能量稳定。2
轨道半径rn∝n2,|En|∝1/n2 电子只能在一系列大小一定、彼此分立的轨道上绕核运
玻若尔定基 义本氢假原设子(的19基1态3年能) 量为0,则动,且不辐射电磁波,能量稳定。
为保证定态假设中能量取不连续值,必须 取不连续值,如何做到?
两边同乘 :
轨道半径rn∝n2,|En|∝1/n2
电子轨道r 和能量E 都是分立的 for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them
自 氢原子能级图
由
态 n
E / eV
0
激 n4 发 n3
0.85 1.51
态
n2
3.4
氢原子的玻尔理论
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,简称 定态.
与定态相应的能量 分别为 E1,E2… , E1 < E2< E3
是对经典概念的修改!
E1+ E3
第十五章 量子物理
24
物理学
第五版 (2)量子化条件
15-4 氢原子的玻尔理论
引入角动量量子化的概念 L mvr n h 2π
第十五章 量子物理
2
物理学
第五版
紫外 可见光
红外
15-4 氢原子的玻尔理论
莱曼系
1
R(112
1 n2
)
,
巴尔末系
1
R(
1 22
1 n2
)
,
n 2,3, n 3,4,
帕邢系
1
R(312
1 n2
),
n 4,5,
布拉开系
1
R(
1 42
1 n2
)
,
玻尔理论对氢原子光谱的解释
En
me4
8
2 0
h
2
1 n2
h Ei E f
1c Nhomakorabea
me4
8
2 0
h3c
(
1 n2f
1 ni2
)
,
ni n f
里德伯常量
R
me4
8 02 h3c
1.0973731107
氢原子的玻尔理论
③氢原子的能级 ( energy level ) E1 基态 ( ground state ) E2 , E3 ,… ,激发态 ( excited ) ④由玻尔假设可导出广义巴尔末公式
hν = En- Ek /8ε 1/λ = ν /c = me4/8ε0h3c(1/k2 - 1/n2 ) 1/λ = R (1/k2 - 1/n2 ) , n > k
小结
1.玻尔假设 1.玻尔假设 ①定态假设 跃迁假设 ②跃迁假设 hν = En- Ek 2.德布罗意 德布罗意假设 2.德布罗意假设 λ = h / mv ; E = hν
h 1 1 λ= =h • mv 2qm U
电子的德布罗意波长: 电子的德布罗意波长: 德布罗意波长
λ e = 1.23 •
1 U
(nm)
3.电子衍射
二、电子显微镜
■光学显微镜能分辨的两点间最小距离: 光学显微镜能分辨的两点间最小距离:
λ越小,Z越小,则分辨本领越高。 越小, 越小,则分辨本领越高。 ■但可见光波长较大,即光学显微镜分辨 但可见光波长较大, 本领有限。 本领有限。 ■电子显微镜可提高分辨本领 利用电子射线代替照射光
λ = h / p = h / mv ν =E / h
(德布罗意公式) 德布罗意公式 公式)
2.德布罗意波长 德布罗意波长
设带电粒子的电量:q ,质量:m ,速度: 质量: 速度: 设带电粒子的电量: v ,加速它的电压:U 。则粒子获得的动 加速它的电压: 能为: 能为: 1 2qU 2 mv = qU 则 v = m 2 带电粒子的德布罗意波长: 德布罗意波长 带电粒子的德布罗意波长:
hν = En- Ek
辐射或吸收光子的频率: 辐射或吸收光子的频率: ν =(En- Ek)/ h
玻尔的氢原子理论
~ T( k ) T( n ) T( k )
R R ,T ( n ) 2 称为光谱项 2 k n
从氢原子光谱规律可以看出:
1、光谱是线状的,谱线对应一定的位置,不因观 察方式不同而改变顺序;
2、谱线间有一定的关系,各系可用一个公式表示, 不同线系有共同的光谱项; 3、每一谱线的可以用两光谱项之差表示;
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 3、轨道角动量量子化假设
h Ln 2
轨道量子化条件
n为正整数,称为量子数
基本假设应用于氢原子:
(1)轨道半径量子化
由图可知,可见光的谱线为 n=4和n=3跃迁到n=2的两条
1 1 ~ 42 R( 2 2 ) 2 4 1 1 1.097 107 ( ) 4 16 0.21 107 m 1
n4 n3 n2 n1
42
o 1 ~ 4861 A 42
1 1 ~ 32 R( 2 2 ) 2 3
2 h rn n 2 ( 0 2 ) me
1 me4 En 2 ( 2 2 ) n 8 0 h
基态能级
(n 1, 2,3, )
E1 13.58 eV
激发态能级 En E1 13.58 eV n2 n2 氢原子的电离能
E电离 E E1 13.58 eV
二、玻尔氢原子理论 原子的核式结构的缺陷:
无法解释原子的稳定性 无法解释原子光谱的不连续性 玻尔原子理论的三个基本假设: 1、定态假设
原子系统存在一系列不连续的能量状态,处于这些状态
氢原子的玻尔理论
第五版
15-4 氢原子的玻尔理论
1)斯特藩—玻尔兹曼定律
M (T )
0
M
(T
)d
T
4
2)维恩位移定律 mT b
3) 普朗克假设 nh (n 1,2,3, )
4) 普朗克黑体辐射公式
M
(T )d
2π h c2
3d
eh / kT 1
第十五章 量子物理
0h2
π me 2
n2
r1n2
(n 1,2,3, )
n 1 , 玻尔半径 r1
0h2
π me 2
5.29 10 11 m
第n 轨道电子总能量
En
1 2
mvn2
e2
4π 0rn
第十五章 量子物理
10
物理学
第五版
15-4 氢原子2
假设三 当原子从高能量
要发射频率为 的光 子.
Ei
的定态跃迁到低能量的定态E
f
时,
频率条件 h Ei E f
第十五章 量子物理
9
物理学
第五版
15-4 氢原子的玻尔理论
氢原子能级公式
由牛顿定律
e2
4π 0rn2
m vn2 rn
由假设 2 量子化条件 mvnrn
n
h 2π
+r
n
rn
1
物理学
第五版
15-4 氢原子的玻尔理论
4) 光电效应
爱因斯坦方程 h 1 mv2 W
2
5) 光的波粒二象性
描述光的 粒子性
E h
p h
2[1].3波尔的氢原子理论
hcT (n)
13.6
1 n2
(ev),其中hcR
13.6ev
n , En ,而T(n) 氢原子能级图(P 33):
注意:(P 34第2段)因为 E Em En
h
h
在同一谱线系,跃迁间隔 ,谱线 ;随跃迁间隔 ,
E的增加量 , ,到线系限处, 0
二、玻尔假设
玻尔深信量子化这一新概念,特别是当它看到巴 耳末氢光谱公式后,原子内部结构全然呈现在他 的想象中。
玻尔的氢原子理论,可分三部分
1、定态假设
原子内部存在一系列离散的具有确定能量的稳定状态——定态。 电子在这些定态上运动,其量子化的能量守恒,电子不会辐射 能量,这称为玻尔的定态假设
量子化能级的出现是原子稳定性的基石,因为能级之间是禁 区。
(1).原子稳定性问题:卢瑟福将行星模型用于原子世界, 电子绕核运动,电子带-e电荷,轨道加速运动会向外辐射
电磁能,从而: E , r 这样电子将会在10-9s时间内落入
核内,正负电荷中和,原子宣告崩溃(塌缩)。但现实世界 原子是稳定的。
(2). 原子线状光谱问题:按经典电动力学,原子发光的频率= 电子轨道运动的频率,r连续减小,f连续增大,原子发出连续光 谱。但事实是:原子光谱是分立线状光谱
2e2 1 称精细结构常数 4 0hc 137
对氢Z 1,其可能半径r a1,4a1,9a1,...。
2.氢原子系统的定态能量为
1 Ze2
将
En rn 带入
2
4 rn
rn
4 0h2 4 2mee2
n2 Z
a1
n2 Z
18-4氢原子光谱玻尔的氢原子理论
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
第十八章
4. 氢原子光谱的解释
根据氢原子的能级及玻尔假设,可以得到氢 原子光谱的波数公式
En Ek me4 1 1 kn ( 2 2) 2 3 hc 8 0 h c k n
1 1 kn R( 2 2 ) k n me4 7 -1 R 2 3 1.0973731 10 m 8 0 h c
n 1,n
me4 1 1 me4 2n 1 2 3 2 2 3 2 2 8 0 h (n 1) n 8 0 h n (n 1) 2
当 n 很大时
n 1,n
vn mvn rn nh me 绕转频率为 2 2 2 2rn 2mrn 4 mrn 4 0 2 h3n3
在电子绕核作圆周运动中,
L
h 等于 2
h L n , n 1,2,3, 2
角动量量子化条件
n 为量子数。
3. 氢原子轨道半径和能量的计算
根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量 量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的 电子轨道半径。
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
第十八章
mv e 2 r 4 o r
4101.7 Å H
巴尔末系
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 遇到困难: 经典理论 原子不稳定
第十八章
理论与实 验结果矛 盾!
发射连续光谱 实验事实 原子稳定
发射线状光谱
1913年:玻尔氢原子理论(旧量子论) --原子结构的量子模型
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
第十八章
1. 氢原子光谱的规律性
1 me4 En 2 ( ), 2 2 n 8 0 h
玻尔氢原子理论
第九页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第十页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
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第二十七页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第二十八页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第二十九页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第三十七页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第三十八页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第一页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第二页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第三页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第四页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
第五页,编辑于星期二:十二点 三十八分。
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氢原子光谱+玻尔理论03【PPT】共26页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂,怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank yo1、战鼓一响,法律无声。——英国 2、任何法律的根本;不,不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律,也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正,其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等,但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克