原子物理学ch2 新ppt课件.pptx

《原子物理学ch2 新ppt课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子物理学ch2 新ppt课件.pptx（95页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、原子的量子态：玻尔模型,第二章,内容： 1、背景知识,2、玻尔模型,3、实验验证之一：光谱,4、实验验证之二：弗兰克-赫兹实验,5、玻尔模型的推广,重点： 玻尔模型，光谱,6 背景知识,经典力学、 经典电磁场理论、 经典统计力学,（1）“紫外灾难”，经典理论得出的瑞利金斯公式，在高频部分趋无穷。 量子力学（2）“以太漂移”，迈克尔逊莫雷实验表明，不存在以太。 相对论,Kevin: 在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云,所有物体在任何温度下都要发射电磁波，这种与温度有关的辐射称为热辐射 (heat radiation)。,热辐射的电磁波的波长、强度与物体的温度有关，还与物体的性质

2、表面形状有关。,1. 热辐射的基本概念,False-colour infrared image of Whirlpool galaxy,Thermogram of man,(1)量子假说根据之一：黑体辐射,红外夜视仪,总辐射本领: 物体从单位面积上发射的所有各种波长的辐射总功率(SI unit: W/m2),辐射本领(辐射出射度)：描述物体辐射能量的能力 温度为T的物体，在单位时间内从单位表面积辐射出来的波长在-+d之间的辐射能量为dE(,T)，则辐射本领,吸收本领: 入射到物体上的辐射，一部分被吸收，一部分被反射。吸收的辐射能与入射辐射能之比称为吸收本领 (,T)。,2. Kirchhoff

3、定律,1859年基尔霍夫(GRKirchhoff)指出：任何物体在同一温度T下的辐射本领r(，T)与吸收本领(，T)成正比，其比值只与和T有关：,盘子在室温下的反射光照片,1100K的自身辐射光照片,一个好的发射体一定也是好的吸收体。,为辐射能量密度,What is blackbody： 全部吸收而不反射射在其上一切电磁波的物体即吸收本领为1，反射本领为0的物体。一个在温度均匀的空腔壁上开的小孔可近似地视作黑体,黑体能吸收各种频率的电磁波，也能辐射各种频率的电磁波，即为黑体辐射。,3. 黑体辐射的基本规律,辐射本领vs波长图,上述规律也反映在二条定量实验规律中：,实验发现：黑体辐射的性质由黑体

4、温度决定，而与黑体的材料无关。,黑体的辐射光谱,T，总辐射本领T，对应于辐射本领极大值的波长m越小,(1) Stefan Boltzmann 定律,(2) Wien位移定律,(1) Stefan Boltzmann 定律, =5.6710- 8 W/(m2K4) Stefan-Boltzmann常数,实验证明，黑体的总辐射本领E(T)（每条曲线下的面积）与T4成正比,(2) Wien位移定律,黑体辐射中的极值波长m与T的乘积为常数,Wien 常数b= 2.89810-3 mK,以上两个实验定律是遥感、高温测量和红外追踪等技术的物理基础。维恩 因热辐射定律的发现1911年获诺贝尔物理学奖.,W.

5、 Wien,Wein公式（非前面的维恩位移定律）,RayleighJeans公式,假定电磁波能量分布服从类似于经典的麦克斯韦速度分布律，可得,从经典的能量均分定理出发，得到,用经典理论推导黑体辐射分布曲线,黑体热辐射的理论与实验结果的比较,Wein公式在低频段，偏离实验曲线！,RayleighJeans公式在高频段 (紫外区)与实验明显不符，短波极限为无大ultraviolet catastrophe “紫外灾难”！,Max Karl Ernst Ludwig Planck, (18581947)德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人。获1918年Nobel Prize,Planck的能量子

6、假说和黑体辐射公式,Planck利用内插法，使得在短波和长波波段的分布曲线分别与Wein公式和RayleighJeans公式一致，得到正确的黑体辐射公式：,其结果在全波段都与实验惊人地符合！,Planck公式与实验惊人地相符！,普朗克的量子假说:为了从理论上推导出黑体辐射公式，Planck提出了能量子假说,经典理论：黑体空腔内的热平衡辐射由一系列不同频率的驻波组成，空腔中的电磁波能量分布可等效为一系列频率的简谐振子的能量分布。,经典理论中振子的能量取“连续值”，维恩公式和瑞利金斯公式都基于这一假设。,黑体内的驻波,Planck假设：振子振动的能量是不连续的，只能取最小能量0 的整数倍 0, 2

7、0, 30, , n0 对一定频率的电磁波，物体只能以h为单位吸收或发射它，即吸收或发射电磁波只能以“量子”方式进行，每一份能量 叫一能量子。,0=h同振子的频率成正比，称为能量子，其中h=6.626075510-34Js称为Planck常数,辐射能量密度,可以得到黑体辐射公式,计算每个振动自由度的平均能量,很小,很大,Wein,R-J,Planck的能量子(energy quanta) 0 = hh = 6.626075510 -34 Js,Planck (1958-1947)在Gttingens grave yards的墓碑上刻了：MAX PLANCKh = 6.6210-27 ergs,

8、一 光电效应实验的规律,（1）实验装置,光照射至金属表面, 电子从金属表面逸出, 称其为光电子.,（2）实验规律,截止频率（红限）,几种纯金属的截止频率,仅当 才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关.,(2)量子假说根据之二：光电效应,电流饱和值,遏止电压,瞬时性,当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出,（光强）,遏止电压 与光强无关,Millikan花了十年测量光电效应，得到了遏止电压U0和光子频率的严格线性关系,按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符 .经典的驰豫时间50min，光电效应的不超过1ns。

9、,（3）经典理论遇到的困难,红限问题,瞬时性问题,按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属 .与实验结果不符.,二 光子 爱因斯坦方程,（1） “光量子”假设,光子的能量为,（2） 解释实验,逸出功与材料有关,对同一种金属， 一定， ，与光强无关,逸出功,光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电 子数目越多，光电流越大.（ 时）,光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一 次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出， 无需时间积累（瞬时性）.,（3） 的测定,爱因斯坦方程,精密测量！,解 （1）,（2）,（3）,例2 设有一半径为 的薄圆片，它距光源

10、1.0m . 此光源的功率为1W，发射波长为589nm的单色光 . 假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数 .,解,(1) 光电管和光电倍增管,光信号电信号,用于光信号的记录、自动控制等,(2) 光电二极管 固态器件,光信号电信号,用于弱光电信号的放大可将光电流放大数百万倍。,光电效应的应用：,(3) 光电池和太阳能电池,(4) 光电子能谱仪,爱因斯坦在讲课,爱因斯坦(1879 1955) 德国人,在普朗克获博士学位五十周年纪念会上普朗克向爱因斯坦颁发普朗克奖章,(3)光谱,棱镜摄谱仪示意图,按谱线的形状来分，可分为线状光谱、带状光谱和连续光谱三类。线状光

11、谱谱线明晰成细线状，这一般是原子所发出的；带状光谱谱线分段密集，好象是许多片连续的带组成，这一般是分子所发出的；连续光谱波长连续变化，如固体加热所发光谱，原子和分子某些情况下也会发出连续光谱。原子是很好的量子体系,在光谱学测量里，通常测定的是波长而不是频率。用波长的倒数来表示光谱线，称之为波数，表示单位长度包含波的个数，记为 =1/l。波数 和频率n的关系是n =c，引入波数 后，会使光谱学中的公式变得更简洁。,测得氢可见光光谱的红线,氢原子光谱的规律性,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,1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式,里德伯常量,氢原子光谱的巴耳末

12、系和系限外边的连续谱,引入波数,则巴耳末公式变为,赖曼系,巴耳末系,帕邢系,布喇开系,普丰特系,帕邢系,布拉开系,普丰德系,汉弗莱系,称为广义巴尔末线系，也叫里德伯公式。还可以写成,其中T(m)和T(n)称为光谱项，它们分别为,6-11,如此漂亮的实验现象，在发现后30多年内一直是个谜！,7 玻尔模型,1.玻尔的基本假设,(1)经典轨道+定态条件,(2)频率条件,(3)角动量量子化条件,或,角动量量子化条件可以从电子的波动性来理解：,电子驻波图象,代入上式,得到,氢原子中电子经典轨道,电子受库仑力,氢原子半径、速度、能级公式,2 玻尔的氢原子图象,引入玻尔假设第三条，（注：杨福家：实为从对应原

13、理来）,得到量子化的速度和半径,取r系统的势能为零，则系统势能为,于是原子的总能量为,电子的动能为,代入量子化的r, 得到分立的能量表达式,a 为精细结构常数，是原子物理学中最主要的基本常数,v1=c/137, 为第一玻尔速度，因此相对论效应可以忽略,n=1的状态称之为基态，n1诸状态称为激发态；n=2状态为第一激发态，其余类推，n的态称为电离态。由以上各式可以看出，氢的角动量，轨道半径，相应能量和速度都是不连续的，取分立的数值，即是量子化的。,对应原理的主要思想是：在大量子数极限情况下，量子体系的行为将渐近地趋向经典力学体系。这一基本思想说明了量子理论的规律比经典理论更具有普遍性。,1.能级

14、与能量连续的对应,按量子理论，氢原子能级,可见随着n，E0。这就是说当n极大时，能级可以认为是连续的，此时量子化的特征就消失了。这时如果原子的能级逐级下降并发出辐射，则它的能量就连续减少，这与经典物理的结果相一致。,对应原理,2.辐射的量子频率与经典频率的对应按玻尔量子理论，辐射的量子频率为,在经典理论中，原子辐射频率就等于电子的运动轨道频率，所以原子发出辐射的频率应为,这说明当原子的能级逐级下降而发出辐射时，n=1，就有nf，这就是说，辐射的量子频率等于经典频率及其高次谐波，这与经典理论是一致的。,量子理论与经典理论有对应关系，在牛顿力学和相对论力学中也存在着对应关系。,(4) 附注：数值计

15、算法,引入组合常数（其物理意义逐步清楚）,可计算出第一玻尔半径（n=1的rn值）,第一玻尔半径通常称玻尔半径，用a0 表示，它是原子物理中常用的长度单位。,再计算氢原子的能量，先改写,式中,精细结构常数(无量纲),它联系着三个重要常量：一个涉及电动力学( e ),一个涉及量子力学( ),一个涉及相对论( c )。,a 和 me/mp 是原子物理中最重要的两个常数，都是至今无法从第一性原理导出的无量纲常数。,则,当n=1时,这是氢原子基态能量；若定义氢原子基态能量为0，那么,即氢原子的电离能,表征氢原子的两个重要物理量：一是线度玻尔第一半径a0 ；一是能量氢原子基态能量 E1 或电离能 E 。,

16、还可得：玻尔第一速度,由圆轨道特点,即可得到,电子在原子中运动的速度是光速的1/137，一般不考虑相对论修正。,另外，R 可改写为,波数,组合常数hc (或c)的物理意义：它是联系两种能量表达形式的桥梁。其量纲是线度与能量的乘积，这两个量正是任何一个体系的最重要的两个物理量；它们的乘积为常数，就意味着小的线度必然与高的能量相联系。,e2 起同样的作用，它与c 是由精细结构常数a 联系起来的。,式中E=hn 是光子能量，相应的波长,对于氢原子，Z=1，与里德伯经验公式相比较，得到里德伯常数,把有关常数代入，得其理论值为,将能量表达代入此式，得,基本符合,与实验值,8 实验验证之一：光谱,（1）氢

17、光谱,对氢来说Z=1。上式与从实验光谱规律而总结出来的广义巴耳末公式一致，说明玻尔理论是正确的，它很好地描述了氢光谱规律。,对氢原子，Z=1，hcR=13.6eV，则,当Z=1，T(n)=R/n2，则有,定态能量和跃迁光谱原子的能级图。,每一条横线代表一个能级，它与电子在一定轨道上的运动相对应，随着n 的增大，能级越来越高，当 n 时，En0。,相邻能级的间隔也随 n 的增加而减小。当n时，E0。,当电子在这些能级间跃迁时，发出单色光。跃迁间距越大，发光波长就越短。,电子在不同能级间的跃迁所发的光谱线会落在不同的光谱区域：在诸多 n2的能级跃迁到 n=1 的能级时，发出的谱线落在赖曼系；从诸多

18、 n3 的能级跃迁到 n=2 的能级，发出的谱线是巴耳末系，以此类推，可得帕邢系、布喇开系等。,里德伯常数的变化,考虑到核不会固定不动，上式中电子质量应理解为折合质量,问题：里德伯常数的理论计算结果与实验结果误差超过了万分之五，其 原因何在？,里德伯常量修正的理论推导,假定原子核固定不动，这只有在原子核的质量与电子的质量相比可视为无限大时，才是正确的。,核系,考虑到原子核的运动，原子中的运动就不再是电子绕核的圆周运动,而是电子和原子核绕它们的质心运动。,质心系,两体系统所受的向心力,体系的角动量是量子化的,消去w，求得r,原子体系的能量,实际是一个二体问题,可得量子化轨道半径公式为,能量公式变

19、为,正是由玻尔理论得到的里德伯常数，认为核质量无穷大的情形。,由此式求出的氢的里德伯常数RH与实验值是高度吻合的，消除了玻尔理论值与实验值的万分之五的误差。,（2）类氢光谱,所谓类氢离子，是指核电荷数Z1，而核外只有一个电子的离子，如He+、Li2+、Be3+等等。,类氢离子半径、能量、光谱公式有,对二次电离Li2+ (Z=3)离子三次电离的Be3+ (Z=4)离子，其光谱公式为,在光谱学中，把中性的H、一次电离的He+、二次电离的Li2+等等分别记作H、He、Li。这一个系列叫作氢原子的等电子序列。,将 e2 替换为 Ze2 可得：,毕克林线系：1897年，天文学家毕克林(Pickering

20、)在观察船舻座星(弧矢增二十二)的光谱中发现的。,特点: (1) 毕克林线系中每隔一条谱线和巴尔末线系的谱线几乎相重合，另有一些谱线分布在两条相邻的巴耳末线系的谱线之间。 (2) 毕克林线系与巴尔末线系几乎相重合的谱线的波长稍有差别(短)。,里德伯指出毕克林系谱线的波数可用如下公式表示：,里德伯认为这些谱线都属于氢的，但在实验室中总是观察不到这类谱线，而只存在于宇宙星体光谱中，叫做宇宙氢。,玻尔理论对类氢离子光谱的解释,对于He+ (Z=2),若m = 4,对应毕克林线系,1912年，有人在氢中掺杂一些氦的实验中，发现了这些谱线，后来又在纯氦的实验装置中发现了这些谱线，而在纯氢的装置中始终找不

21、到。,当m为不同的整数时，代表He+的各种谱线系，其陆续被发现：,m=1, n=2,3,4，远紫外区，1916年由赖曼发现；m=2, n=3,4,5，远紫外区，1916年由赖曼发现；m=3, n=4,5,6，4686系，1914年由福勒(Fowler)发现；m=4, n=5,6,7，毕克林系，1897年由毕克林发现.,对于Li+ (Z=3),对于Be+ (Z=4),1930年观察到m=1, n=2, 3, 所代表的谱线，其均落在远紫外区，第一条谱线的波长分别为13.502 nm，7.594 nm.,问题：当n=6,8,10, 等偶数时，毕克林线系与巴耳末线系几乎重合，但波长稍有差别(短) 。其

22、原因什么？,利用加速器技术，能够生产出O7+、Cl17+、Ar17+，甚至U91+等高Z 的类氢离子。,利用R与核质量的相关关系，可以用来识别元素的同位素，重氢氘的发现就是一个例子。,（3）肯定氘的存在,起初有人从原子质量的测定问题中估计有质量是两倍于氢的重氢存在。但即使存在，由于它含量很低，(现在已知是氢的0.0148%)，因此它的谱线很弱，不易观察到。于是，到底重氢存在与否，难以肯定。,1932年美国的化学家尤雷HUreg把3升液氢蒸发到不足1毫升，这样就提高了剩余液氢中重氢的含量(平常氢容易蒸发)装入放电管摄取其光谱。结果发现，在氢的Ha线(656.279nm)的旁边还有一条谱线(656

23、.100nm)，两者只差0.179nm。他假定这条谱线是重氢氘(D)发出的。并认为这种重氢的质量MD=2MH，是氢的一种同位素。,选择氢和氘与光谱表达式中m和n都相同的同一条谱线，则由公式,于是,尤雷的这一工作促进了同位素化学的进展，为此荣获了1934年诺贝尔化学奖。,（4）非量子化轨道,实验观察到在巴耳末系限外有连续谱，在其它线系限以外也出现了连续谱，连续谱是自由电子与氢离子结合时产生的光谱。当一个动能为 的自由电子与氢离子结合成一个氢原子时，也即电子从非量子化轨道跃迁至一个量子化轨道时，原子就向外辐射一个光子，光子的能量为,里德伯原子：当原子中有一个电子被激发到很高的能级(n很大)时，称其

24、处在里德伯态，并称这时的原子叫里德伯原子。目前在实验室里已制备出n=116的氢原子，射电天文观察已探测到n=350的高激发态原子.,（5）里德伯原子,当受到外界刺激时，里德伯原子向较低能级的跃迁几率较大，这样就能释放较多的能量，为应用里德伯原子产生高强度激光提供了依据。,里德伯原子中，高量子态的电子离核较远，受到的束缚较弱，很容易被电离。例如，n=100的氢原子的电离能仅为10-3eV。可利用这种性质进行同位素分离。,先加外电场使里德伯原子电离，然后加磁场可使不同质量的同位素分离。目前，对里德伯原子的研究非常活跃，这些研究已在射电天文、等离子体物理和激光物理等领域取得了可喜成果。,9 实验验证

25、之二：夫兰克赫兹实验,原子内部能量是量子化的，可由光谱实验证实。1914年德国物理学家夫兰克(J. Franck)和赫兹(G. Hertz)另辟途径，用电子碰撞原子的方法使原子激发，由低能态跃迁到高能态，从而进一步证实了原子能级量子化的理论 电子-原子弹性和非弹性碰撞。,(1)基本思想,碰撞前后质心速度不变,加速电子轰击原子，观察原子状态（能级）的变化,力学的柯尼希定理,1914 年弗兰克 赫兹从实验上证实了原子存在分立的能级，1925 年他们因此而获物理学诺贝尔奖。,（2）夫兰克-赫兹实验,激发电势的测定,K：热阴极，发射电子,KG区：电子加速, 与Hg原子碰撞,GA区：电子减速, 能量大于

26、0.5 eV的电子可克服反向偏压,产生电流,实验结果,电流突然下降时的电压相差都是4.9V，即，KG间的电压为4.9V的整数倍时，电流突然下降。,结论与分析,Hg原子只吸收4.9eV的能量。这就清楚地证实了原子中量子态的存在，原子的能量不是连续变化的，而是由一些分立的能级组成。,非弹性碰撞，电子损失能量，激发Hg 原子,弹性碰撞，电子几乎不损失能量,电子经过 n 次加速和非弹性碰撞，能量几乎全部损失。,4.9eV是不是Hg原子的第一激发态与基态之间的能级之差呢？,在Hg原子光谱中，确实有一条波长为253.7nm的谱线。,表明：Hg原子的第一激发电势为4.9V !,原子内部定态能量是量子化,图中

27、显示当GK间电压由零逐渐增加时，阳极电流起初上升，当电压达到4.9V时，电流突然下降，不久又上升，到9.8V电压时，电流又下降，然后再上升，到14.7V电压时，电流又下降。注意三个电流突然下降的电压相差都是4.9V。如此可继续多次。总之，当GK间电压在4.9V的倍数时，电流突然下降。这个现象是怎样发生的呢?,实验表明，Hg原子只吸收4.9eV的能量。这就清楚地证实了原子中量子态的存在，原子的能量不是连续变化的，而是由一些分立的能级组成。,实验中确实观察到了这个光谱线，测得波长为2537，和上面计算结果一致。夫兰克与赫兹荣获了1925年的诺贝尔物理学奖。他们也开创了用带电粒子和原子的碰撞实验来研

28、究物理化学。,汞原子由基态到第一个激发态的能量差是4.9eV。如果汞原子从激发态又跃迁到最低能级，就伴随着能量为4.9eV的光子放出，发射光的波长可计算出来：,问题,Hg原子的第一激发电势为4.9V。为什么更高的激发态未能得到激发？,(3)改进夫兰克-赫兹实验（1920）,较高的激发电势的测定,K：旁热式热阴极，均匀发射电子，提高能量测量精度,KG1区：电子加速,G1G2区：电子与原子碰撞,G2A区：电子减速,(1920年, Franck改进实验装置),1924年, Hertz测得4.9 eV以上的高激发能。,在靠近阴极K处加了一个栅极G1，建立一个无碰撞的加速区，使电子在KG1内只加速不碰撞

29、；,与原来的装置相比较，有三方面的改进,在原来的阴极K前加上一极板，使电子均匀发射，从而把电子的能量测得更准；,使两个栅极Gl与G2处于同电位，建立一个等势区来作为碰撞区，电子在G1G2内只碰撞不加速,缺陷：电子动能达到 4.9 eV 便经碰撞失去能量，无法达到更高动能。,实验结果及分析,当UKG14.68，4.9，5.29，5.78，6.73V时，IA 下降。,第二激发态与基态的能量差为6.73eV，与其相应的光谱线波长为184.6nm，与观察值184.9nm十分接近。 6.73V称为第二激发电势。,对于其余的状态，均未观测到相应的光谱线，说明这些状态比较稳定 亚稳态,一些元素的第一激发电势

30、,Hg: 4.9V Na: 2.12V K: 1.63V N: 2.1V,实验结果充分表明，原子被激发到不同的状态时，它所吸收的能量是不连续的，即原子体系的能量是量子化(Bohr定态)。,小结,普朗克常数的重要意义：连接粒子特性的量和波动特性的量。,如何快速计算 H 第一轨道半径，速度，能量。,（1）Bohr-Sommerfeld模型(仅介绍）,根据经典力学理论，一个在与距离平方成反比的中心力作用下的粒子运动轨迹是椭圆，对玻尔理论作了改进，假定电子轨道是椭圆。电子在一个平面上作椭圆运动，是二自由度的运动，索末菲提出应该有两个量子化条件：如图1.4.1用极坐标r，表示轨道上的位置，与r对应的有动

31、量Pr，与对应的有角动量P。, 10 玻尔模型的推广（略）,椭圆轨道,在索末菲的理论中，同样可求得氢原子的能量为,简并（degenerate）的概念,讨论：当n=1时，n 1，所以 可画出其圆轨道。 当n=2, 当n=3,圆,椭圆,量子化椭圆轨道,圆,椭圆,椭圆,电子在椭圆轨道中运动时，速度是变的，近原子核时快，远离原子核时慢，而保持角动量不变。所以电子的质量在轨道运动中是一直在改变的。这样的情况产生的效果是，电子的轨道不是闭合的。好象椭圆轨道有一个连续进动。n相同而n不同的那些轨道，速度的变化不同，因而质量的变化和进动的情况不完全相同。因此这些轨道运动的能量是略有差别的。索末菲按相对论的力学

32、原理进行推算，进一步揭示了电子轨道运动的这类复杂情况，并求得氢原子的能量等于,解除了简并,（2）相对论修正,Bohr Rel. Corr.,第一项是玻尔理论原有的，第二项是考虑了相对论效应后的修正项。,(3)碱金属原子的光谱,实验规律,碱金属原子的里德伯公式,当 时，系限,碱金属原子最外层一个电子所受的原子实的作用与氢原子类似，且原子实的净电荷Z=1。（类氢离子核外只有一个电子）,主要特征：A、有四组谱线每一组的 初始位置不同，即有四套动项。B、有三个终端即有三套固定项。C、两个量子数主量子数n和轨道角动量量子数l。D、一条规则跃迁时两能级的轨道角动量量子数之差满足l=1 。,主线系,第一辅线

33、系,第二辅线系,柏格曼系,1、价电子与原子实,Li： Z=3=212+1Na：Z=11=2(12+22)+1K： Z=19=2(12+22+22)+1Rb：Z=37=2(12+22+32+22)+1Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22)+1Fr： Z=87=2(12+22+32+42+32+22)+1,共同之处：最外层只有一个电子价电子其余部分和核形成一个紧固的团体原子实,碱金属原子：带一个正电荷的原子实+一个价电子,H原子：带一个正电荷的原子核+一个电子,首先是基态不同-Li、Na、K、Rb、Cs、Fr的基态依次为：2s、3s、4s、5s、6s、7s。其次是能量不同,原子实极化和

34、轨道贯穿,2、轨道贯穿,当 很小时，价电子的轨道极扁，价电子的可能穿过原子实 轨道贯穿。,实外 Z*=1 贯穿 Z* 1 平均：Z* 1,光谱项：,小 贯穿几率 大 能量低 ,3、原子实极化,价电子吸引原子实中的正电部分，排斥负电部分 原子实正、负电荷的中心不再重合 原子实极化 能量降低,小， 小，极化强，能量低,玻尔理论的历史地位,三个革命性的假定，突破了经典力学的束缚，是后来量子力学的“催生婆”(一开始有很多质疑，见Segre)从理论上满意地解释了氢原子及类氢离子光谱；用已知的物理量计算出了里德伯常数，而且和实验值符合较好较成功地给出了氢原子半径的数据，定量地给出了氢原子的电离能。正确地指

35、出定态和角动量量子化的概念正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化）,缺点：还保留了经典轨道概念，把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的。是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即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，缺乏逻辑一致性（旧量子论）；不能解释光谱线的强度、极化和选择定则，也不能解释比氢原子更复杂的原子中更复杂的光谱现象 。,原子只能较长时间的停留在一些稳定状态。原子在这些状态时，不发出或吸收能量。原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射的频率是一定的，满足频率条件。,成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来, 从理论上说明了氢原子和类氢原子

36、的光谱线结构。,意义:,揭示了微观体系的量子化规律, 为建立量子力学奠定了基础。,缺陷:,不能处理复杂（氦）原子的问题；,完全没涉及谱线的强度、宽度等特征；,以经典理论为基础, 是半经典半量子的理论。,玻尔正在讲解他的互补原理,玻尔（左）和 海森伯（中） 泡利（右）在一起,玻尔理论在人们认识原子结构的进程中有很大的贡献- 1922年玻尔获诺贝尔物理奖,玻尔的儿子因为对核模型的研究获得了Nobel物理学奖父子Nobel物理奖得主：布拉格父子；汤姆逊父子; ,哥本哈根学派 在玻尔研究所里学术空气很浓，玻尔演讲后与听众踊跃讨论,玻尔婉拒卢瑟福和普朗克的邀请，留在丹麦工作。 “丹麦是我出生的地方，是我的故乡， 这里就是我心中的世界 开始的地方。”,玻尔和卢瑟福都是大物理学家，也是最成功的老师！,特别感谢： 复旦大学 周磊教授 西安交大 黄永义老师 为本课程提供课件！,