第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
1
1 氢原子光谱的实验规律
1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律,
,5,4,3nm
2
46.365 22
2
n
n
n,?
一 近代氢原子观的回顾第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
2
氢原子光谱的巴耳末系
656.3 nm
486.1 nm
434.1 nm
410.2 nm
364.6 nm
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
3
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
)11(1 22
if nn
R
波数里德伯常数 17 m10097.1R
,,,,,?4321?fn?,3,2,1 fffi nnnn
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
4
莱曼系?,,,32)1
1
1(1
22 nnR
紫 外
,,,43)121(1 22 nnR
巴耳末系可见光第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
5
,,,65)141(1 22 nnR
布拉开系
,,,76)151(1 22 nnR普丰德系
,,,87)161(1 22 nnR
汉弗莱系
,,,54)131(1 22 nnR帕 邢 系红 外第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
6
2 卢瑟福的原子有核模型
1897年,J.J.汤姆孙发现电子,
1903年，汤姆孙提出原子的,葡萄干蛋糕模型,,
原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半径为 的球体范围内，电子浸于其中,
m10 10?
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
7
卢瑟福 (E.Rufherford,1871— 1937)
英国物理学家,1899年发现铀盐放射出 α,β 射线，提出天然放射性元素的 衰变理论和定律,
根据 α 粒子散射实验，提出了原子的 有核模型,把原子结构的研究引上了正确的轨道，因而被誉为原子物理之父,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
8
卢瑟福的原子有核模型（行星模型）
原子的中心有一带正电的原子核,
它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
9
二 氢原子的玻尔理论
1 经典有核模型的困难根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
10
v?
F?
r e?
e?
原子不断向外辐射能量，
能量 逐渐 减小，电子旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是 连续谱 ；
由于原子总能量减小，
电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定,
e?
e?
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
11
玻 尔 (Bohr,Niels 1885— 1962)
丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一,
在卢瑟福原子有核模型基础上提出了关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了 氢原子光谱 的规律,
1922年玻尔获诺贝尔物理学奖,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
12
1913年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的基础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：
2 玻尔的氢原子理论
(2)频率条件
(1)定态假设
(3)量子化条件第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
13
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,
(1)定态假设与定态相应的能量分别为 E1,E2…,
E1 < E2< E3
+E
1
E3
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
14
(2)频率条件
fi EEh
(3)量子化条件 Ef
Ei
发射吸收
π2
hnrmL v
主 量子数?,,,321?n
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
15
3 氢原子轨道半径和能量的计算
(1)轨道半径
π2
hnrm
nn?v
量子化条件：
n
n
n r
m
r
e 2
2
0
2
π4
v?
经典力学：
2
1
2
2
2
0
π
nrn
me
hr
n
)321(?,,,?n
+ rn
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
16
,玻尔半径
m 1029.5
π
11
2
2
0
1
me
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(2)能量
n
nn r
emE
0
2
2
π42
1
v
n第 轨道电子总能量：
2
1
2
2
2
0
π
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第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
17
2
1
222
0
4 1
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E
nh
meE
n
(电离能 )22
0
4
1 8 h
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eV 6.13
基态 能量 )1(?n
21 nEE n?
激发态 能量 )1(?n
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
18
氢原子能级跃迁与光谱图莱曼系巴耳末系布拉开系帕邢系
-13.6 eV
-3.40 eV
-1.51 eV
-0.85 eV
-0.54 eV0
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=?
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
19
4 玻尔理论对氢原子光谱的解释
fi EEh
fi
if
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me
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,)11(
8
1
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0
4
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17 m10097.1 (里德伯常数 )R?
ch
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32
0
4
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第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
20
(1)正确地指出 原子能级 的存在 (原子能量量子化 ).
三 氢原子玻尔理论的意义和困难
1 意义
(3)正确地解释了氢原子及类氢离子光谱规律,
(2)正确地指出 定态 和 角动量量子化 的概念,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
21
(3)对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无法处理,
(4)半 经典 半 量子 理论,既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征,
2 缺陷
(1)无法解释 比氢原子更复杂的原子,
(2)微观粒子的运动视为有确定的 轨道,
第十五章 量子物理物理学第五版
22
本章目录选择进入下一节：
15-4 氢原子的玻尔理论
15-3 康普顿效应
*15-5 弗兰克 -赫兹实验
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
15-7 不确定关系
15-8 量子力学简介
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
1
1 氢原子光谱的实验规律
1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律,
,5,4,3nm
2
46.365 22
2
n
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一 近代氢原子观的回顾第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
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氢原子光谱的巴耳末系
656.3 nm
486.1 nm
434.1 nm
410.2 nm
364.6 nm
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
3
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
)11(1 22
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R
波数里德伯常数 17 m10097.1R
,,,,,?4321?fn?,3,2,1 fffi nnnn
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
4
莱曼系?,,,32)1
1
1(1
22 nnR
紫 外
,,,43)121(1 22 nnR
巴耳末系可见光第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
5
,,,65)141(1 22 nnR
布拉开系
,,,76)151(1 22 nnR普丰德系
,,,87)161(1 22 nnR
汉弗莱系
,,,54)131(1 22 nnR帕 邢 系红 外第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
6
2 卢瑟福的原子有核模型
1897年,J.J.汤姆孙发现电子,
1903年，汤姆孙提出原子的,葡萄干蛋糕模型,,
原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半径为 的球体范围内，电子浸于其中,
m10 10?
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7
卢瑟福 (E.Rufherford,1871— 1937)
英国物理学家,1899年发现铀盐放射出 α,β 射线，提出天然放射性元素的 衰变理论和定律,
根据 α 粒子散射实验，提出了原子的 有核模型,把原子结构的研究引上了正确的轨道，因而被誉为原子物理之父,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
8
卢瑟福的原子有核模型（行星模型）
原子的中心有一带正电的原子核,
它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
9
二 氢原子的玻尔理论
1 经典有核模型的困难根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
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原子不断向外辐射能量，
能量 逐渐 减小，电子旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是 连续谱 ；
由于原子总能量减小，
电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定,
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第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
11
玻 尔 (Bohr,Niels 1885— 1962)
丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一,
在卢瑟福原子有核模型基础上提出了关于原子稳定性和量子跃迁理论的三条假设，从而完满地解释了 氢原子光谱 的规律,
1922年玻尔获诺贝尔物理学奖,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
12
1913年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的基础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：
2 玻尔的氢原子理论
(2)频率条件
(1)定态假设
(3)量子化条件第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
13
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,
(1)定态假设与定态相应的能量分别为 E1,E2…,
E1 < E2< E3
+E
1
E3
第十五章 量子物理
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14
(2)频率条件
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(3)量子化条件 Ef
Ei
发射吸收
π2
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主 量子数?,,,321?n
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
15
3 氢原子轨道半径和能量的计算
(1)轨道半径
π2
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量子化条件：
n
n
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,玻尔半径
m 1029.5
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11
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(2)能量
n
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2
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第十五章 量子物理
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1 8 h
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21 nEE n?
激发态 能量 )1(?n
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18
氢原子能级跃迁与光谱图莱曼系巴耳末系布拉开系帕邢系
-13.6 eV
-3.40 eV
-1.51 eV
-0.85 eV
-0.54 eV0
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=?
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
19
4 玻尔理论对氢原子光谱的解释
fi EEh
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17 m10097.1 (里德伯常数 )R?
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32
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第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
20
(1)正确地指出 原子能级 的存在 (原子能量量子化 ).
三 氢原子玻尔理论的意义和困难
1 意义
(3)正确地解释了氢原子及类氢离子光谱规律,
(2)正确地指出 定态 和 角动量量子化 的概念,
第十五章 量子物理
15-4 氢原子的玻尔理论物理学 第五版
21
(3)对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无法处理,
(4)半 经典 半 量子 理论,既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征,
2 缺陷
(1)无法解释 比氢原子更复杂的原子,
(2)微观粒子的运动视为有确定的 轨道,
第十五章 量子物理物理学第五版
22
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15-3 康普顿效应
*15-5 弗兰克 -赫兹实验
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
15-7 不确定关系
15-8 量子力学简介
