同学们好！
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第十九章 氢原子结构
第一节 原子的核式结构
原子模型三步曲,
1903年经典模型
1911年卢瑟福行星模型
20世纪 20年代原子的量子模型
人类对物质结构的认识
古代中国, 五行说,,金、木、水、火、土
古希腊, 四根说,, 火、水、土、气
古希腊德谟克利特：, 原子论,
1661年英国波意耳提出元素的概念
英国化学家道尔顿：原子是元素的最小单元
1869年俄国的门捷列夫发现了元素周期律
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一、汤姆逊原子模型
- -
- -
- -
1903年,J.J.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。
——,葡萄干面包, 模型
1897年,汤姆孙发现了电子，指出“阴极射线”
就是高速电子流。
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二、卢瑟福原子核式原子模型
+
-
? 粒子散射
?
M
F
D S R
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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。
原子的核式模型,
1911年卢瑟福提出原子的
,有核结构模型, 。
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第二节 原子光谱的实验规律
光谱 —— 强度随波长的分布图
线状谱
带状谱
连续谱
—— 原子光谱
—— 分子光谱
—— 固体光谱 1,巴尔末系
6562.8
?
4861.3
?
4340.5
?
4101.7
?
H? H? H? H?
巴尔末公式,
42
2
?? n
nB?
?,5,4,3?n
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??
1~ ?波数 )11(
22 nmR H ??
?
?
?
????
?
?
?
,3,2,1
,3,2,1
mmmn
m
里德伯常数 RH = 1.0967758× 107 m-1
2,里德伯公式 —— 氢原子光谱的普遍公式
赖曼系 (紫外 ) ?,4,3,2?n1?m
巴尔末系 (可见光 ) ?,5,4,32 ?? nm
?,6,5,43 ?? nm 帕邢系 (红外 )
布喇开系 (远红外 ) ?,7,6,54 ?? nm
n ? ?,该谱线系的线系限（波长最短的谱线）
普方德系 (远红外 ) ?,8,7,65 ?? nm
?
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3,氢原子光谱的特征
1) 有确定波长的分立谱线。
2) 各谱线间有一定的联系。
3) 每一谱线的波数都可表示为两项之差
—— 里兹并合原理
)11(~ 22 nmR H ??? 22 nRmR HH ?? )()( nTmT ??
T( ) 称为光谱项
由此预言更大范围内光谱系的存在，构成了整个原
子光谱。
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一、基本实验事实
1) 卢瑟福原子有核模型。
2) 原子结构是稳定的。
3) 原子的分立光谱。
二、经典理论的困难及玻尔的氢原子模型
玻尔的原子模型
+ Ze
-
v
r
vm
r
ZeF 2
2
2
0π4
1 ??
? r
ZeU
0π4 ?
??
第三节 玻尔的氢原子理论
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2
0
2
π4 mv
Zer
??半径 mr
Ze
rr
v
0
2
π4π2
1
π2 ?
? ???频率
r
Ze
r
ZemvE
0
2
0
2
π8π42
1
?? ????能量
?
?
?
?
??
0E
Er
1) 加速运动 ? 辐射电磁波 ? E? ? r?
原子不稳定！
2) ? 随 r的变化而连续变化,原子光谱应是连续谱！
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三,玻尔理论的基本假设
2) 量子化条件 (定态条件 ) — 处于定态状态电子只能在
一些特殊的圆轨道中运动，其轨道角动量满足量子化
条件,
?nmvrL ?? 主量子数?,3,2,1?n
1) 定态假设 — 原子系统只存在一系列不连续的能量状
态 (定态 )，相应 的能量取不连续的量值 E1,E2,E3、
???,定态运动 时不辐射电磁波。
? ??,3,2,1
8 2
1
222
0
4
???? n
n
E
nh
meE
n ?
eV6.13
8 220
4
1 ???? h
meE
?
能级,
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12 EEh ???
3) 频率假设 — 原子从一个定态 E2 跃迁 到另一定态 E1
时，将辐射电磁波，电磁波的频率由下式决定
跃迁,原子体系在两个定态之
间发生跃迁时，要发射
或吸收光子，其频率由
两定态的能量差决定
mnnm EEh ???
En
Em
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四,玻尔的氢原子理论
1) 圆周量子化
r
vm
r
ZeF 2
2
2
0π4
1 ??
?
?nmvrL ??
Z
nar 2
1?
?,3,2,1?n
m105 2 9.0π4 102
2
0
1
????
mea
?? 玻尔轨道
氢原子 Z = 1 ?,3,2,12
1 ?? nnar
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2) 能量量子化
r
ZeE
n
0π8 ?
?? 222
0
42 1
)π4(2 ?n
meZ ???
?
?,3,2,1?n
氢原子 Z = 1
eV6.13 2nE n ??
n = 1 En = -13.6eV 基态
n ? ?,En ? 0 束缚态
En > 0 电子被电离
nn EEE ??? ? 1 eV
)1(
126.13
22 ?
??
nn
n
n? ? ?E ?
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3) 氢原子的分立谱线
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五,玻尔理论的成功与缺陷
成功,1) 提出的定态、轨道、能量量子化、辐射跃迁
等概念成为量子力学的先驱。
2) 成功地解释了氢原子及类氢原子光谱现象。
3) 再次验证了 h 判据。
玻尔定态能级验证实验, 夫兰克 — 赫兹实验
4.9 9.8 19.6 14.7 0
I
V
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缺陷
1) 不能预言光谱线的强度。
2) 不能解释谱线的非周期性。
3) 无法解释光谱线的精细结构。
4) 无法解释比氢光谱线更复杂的光谱。
原因,带有经典的残余
玻尔理论是半经典、半量子化的理论
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经典物理在解释 热辐射 上的困难 —
普朗克能量子论 1900年
经典物理在解释 光电效应 上的困难 —
爱因斯坦光量子论 1905年
经典物理在解释 氢光谱 上的困难 —
玻尔氢原子理论 1913年
旧
量
子
论
?半经典、半量子过渡性理论，已被量子力学所取代。
玻尔氢原子理论
?在物理学史上曾起重要作用。