chapter2_原子的量子态_玻尔模型

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1、AtomicPhysics原子物理学第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节背景知识第二节玻尔模型第三节光谱第四节夫兰克--赫兹实验第五节玻尔理论的推广结束第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节：背景知识卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核黑体辐射和围绕核运动的一些电子组成，这个模型成功地解释了α粒子散射实验中粒子的大角度光电效应散射现象光谱可是当我们准备进入原子内部作进一步的考察时，却发现已经建立的物理规律无法解释原子的稳定性，同一性和再生性。backnext目录结束第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节：背景知识玻尔（N.Bohr）基于

2、卢瑟福原子模型，原子光谱的实验规律以及普朗克的量子化概黑体辐射念，于1913年提出了新的原子模型并成功地光电效应建立了氢原子理论，解释了氢光谱的产生，光谱玻尔理论还可以准确地推出巴尔末公式，并能算出里德伯常数的理论值。不过当玻尔理论应用于复杂一些的原子时，就与实验事实产生了较大的出入。这说明玻尔理论还很粗略，直到1925年量子力学建立以后，人们才建立了较为完善的原子结构理论。backnext目录结束第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节：背景知识十九世纪中期，物理学理论在当时看来已黑体辐射经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的物理现象

3、都可以用相应的理论加以解释。光电效应物体的宏观机械运动，准确地遵从牛顿力光谱学规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程；热现象有完整的热力学及统计物理学；„„；物理学的上空可谓晴空万里，在这种情况下，有许多人认为物理学的基本规律已完全被揭示，剩下的工作只是把已有的规律应用到各种具体的问题上，进行一些计算而已。backnext目录结束第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节：背景知识到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出黑体辐射现了几朵令人不安的“乌云”，在物理学中光电效应出现了一系列令人费解的实验现象。物理学遇到了严重的困难，其中两朵最黑的云分

4、别光谱是：麦克尔逊--莫雷实验和黑体辐射实验前者导致了相对论的诞生后，后者导致了量子论的诞生。backnext目录结束(1)黑体辐射：普朗克量子假设1.热辐射现象任何固体或液体在一定温度下，由于分子、原子受到热激发而向外辐射电磁波。固体在温度升高时颜色的变化800K1000K1200K1400K物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。2.黑体辐射实验定律绝对黑体模型：从外面观察打开的窗户是黑色的，阳光进入房间后经多次反射全被吸收，这是一个近似的绝对黑体模型。单色辐射本领按波长分布实验实验装置:T绝对黑体平行光管三棱镜单位时间内，

5、物体表面单位面积上，波长从l到l＋dl范围内的辐射能为dR，dR与波长间隔dl的比ll值称为单色辐射本领，它反映了物体在不同温度下辐射能按波长分布的情况。物体的单色辐射本领：绝对黑体的单色辐射本领按波长分布曲线R(λ,T)(W.cm-2.μm-1)由实验得到两条普遍定律：7060称维恩位移定律总辐射本领504030称斯特潘-玻尔兹曼定律20l(μm)01.02.03.04.05.0l峰值波长m3.理论解释-C2-5维恩公式：R(λ,T)=C1lelT-4瑞利-金斯公式：R(λ,T)=C3lTRl(T)紫外灾难如何解决理论和实验的矛盾

6、？o123456789λ(μm)黑体辐射的经典解释1896年,维恩以经典物理为基础,认为能量的吸收和发射都是连续的,导出的这个公式在短波部分与实验结果符合的很好,但是长波部分理论的值偏低.1900年瑞利-琼斯仍在经典物理的基础上建立了另一个理论导出的另一个公式,它在长波部分和实验结果符合的较好,但在短波部分给出了太大的数值.就这样经典物理遭遇到难以克服的困难.R(λ,T)普朗克公式：普朗克在1900年用内插法将瑞利--金斯公式和实维恩公式衔接起来得到普验朗克公式：值2-52πhclR(λ,T)=hcelkT1式中h为普朗克常数：h=

7、6.626×10-34J.s普朗克线o1234567894λ(μm)第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节：背景知识此公式虽然符合实验事实但其在公布时仍黑体辐射没有理论根据,就在普朗克公式公布当天，另光电效应一位物理学家鲁本斯将普朗克的结果与他的最新测量数据进行核对，发现两者以惊人的光谱精确性相符合。第二天鲁本斯就把这一喜讯告诉了普朗克,从而使普朗克决心：“不惜一切代价，找到一个理论解释。”backnext目录结束普朗克在研究和分析普朗克公式的形成机制时发现，必须引入不可思议的量子假说才能从理论上推出普朗克公式。普朗克量子假说：辐射黑

8、体中的分子、原子振动可看作线性谐振子，它和周围电磁场交换能量的能量值只能为某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：对于频率为ν的谐振子最小能量为：=hn式中h称为普朗克常数:h=6.6260755×10-34J.s第二章：原子的量子