原子的量子理论.ppt

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1、第二十一章原子的量子理论7/28/2021§21－1原子光谱的规律性§21－2玻尔的氢原子理论§21－3德布罗意假设及其实验证明§21－4不确定关系§21－5粒子的波函数薛定谔方程§21－6一维无限深的势阱7/28/20214、了解波函数及其统计解释、不确定关系，了解一维定态薛定谔方程。3、理解描述物质波动性、粒子性的物理量之间的关系。2、了解德布罗意的物质波假设及电子衍射实验，理解光和实物粒子的波粒二象性。1、理解氢原子光谱的实验规律及玻尔氢原子理论,了解此理论的意义及其局限性。教学要求：7/28/2021

2、原子的核模型与经典电磁理论有矛盾，如果原子的核模型正确则经典电磁理论不能解释：（1）原子的不稳定性；（2）原子光谱的分离（裂）性（即不连续性）。实验表明经典电磁理论已不适用于原子内部的运动，必须建立适用于原子内部微观过程的理论。1911年卢瑟福在散射实验的基础上提出了原子的核模型，根据原子的核模型，可以很好地解释大角散射。7/28/2021研究原子结构规律有两条途径：1、利用高能粒子轰击原子—轰出未知粒子来研究(高能物理)；2、通过在外界激发下，原子的发射光谱来研究光谱分析。光谱可分为：1、发射光谱：1)连

3、续光谱：炽热固体、液体、黑体；2)线状光谱(原子)：彼此分离亮线,气体放电、火花电弧等。§21－1原子光谱的规律性7/28/2021两者都能反映物质特性及其内部组成结构___特征谱线最简单的原子发射光谱是氢原子光谱。2、吸收光谱：连续谱通过物质，有些谱线被吸收形成的暗线。氢原子的光谱系1885年巴尔末(瑞士一中学教师)发现了氢原子光谱在可见光部分的规律，即1、巴尔末系(可见光部分)HαHβHγHδ7/28/20212、赖曼系（紫外光部分）7/28/20213、红外光部分：4、氢原子光谱规律：nf=1、2、3、

4、4和5分别对应赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系和普芳德系。7/28/2021太阳光谱7/28/20211、玻尔的氢原子理论是建立在以下三条假设基础上：1)定态假设：原子系统只能具有一系列的不连续能量状态。2)角动量假设——量子化条件3)跃迁假设：在两个能级间跃迁时吸收或发射光子1913年，玻尔从原子核模型和原子的稳定性出发，应用普朗克的量子概念，提出了关于氢原子内部运动理论，成功解释了氢原子光谱的规律性。§21－2玻尔的氢原子理论7/28/20212、氢原子能级公式认为：氢核质量无穷大,近似静止(相对电子)

5、[1]半径量子化：库仑力提供向心力7/28/2021[2]能量量子化7/28/2021电离：基态n=1，激发态n>1说明不连续，取一系列分离值——能级3、原子辐射与实验吻合得极好根据玻尔的跃迁假设：7/28/2021紫外光红外光λ赖曼系（nf=1）巴尔末系（nf=2）帕邢系（nf=3）可见光n=1n=2n=3n=∞7/28/2021（1）不能解释多电子原子光谱、强度、宽度和偏振性等；（2）不能说明原子是如何结合成分子，构成液体、固体的。（3）逻辑上有错误：以经典理论为基础,又生硬地加上与经典理论不相容的量子化

6、假设,很不协调----半经典半量子理论。4、玻尔氢原子理论的困难满意解释了H、类H原子线谱，得到了，但仍存在缺陷：7/28/2021玻尔原子理论的意义在于：1)揭示了微观体系具有量子化特征（规律），是原子物理发展史上一个重要的里程碑，对量子力学的建立起了巨大推进作用。2)提出“定态”，“能级”，“量子跃迁”等概念，在量子力学中仍很重要，具有极其深远的影响。7/28/2021一、德布罗意波假设—物质波概念2、1924年，德布罗意用类比手法，提出实物粒子亦具有波粒二象性的假设：每一个运动的粒子都有一个波与之联系，

7、这波的波长和粒子的质量m及其速度v之间有一简单关系：1、光的波粒二象性：§21-3德布罗意假设及其实验证明==nlhEhp粒子性：黑体、光电、康普顿波动性：可以发生干涉、衍射7/28/2021物质波：与实物粒子相联系的波。德布罗意关系式说明能量为E、动量为p的粒子,从波动性看来应具有ν和λ。7/28/20213、玻尔氢原子理论量子化条件的导出：(1)定态：只有当电子在核外绕行的圆轨道周长为电子波长的整数倍，即只有当电子波环绕着原子核形成驻波的情况下，原子才具有稳定状态。(2)角动量L7/28/2021例计算

8、电子经过U1=100V和U2=10000V的电压加速后的得布罗意波长λ1和λ2分别是多少？解：经过电压U加速后，电子的动能为：将已知数据代入计算可得：λ1=1.225（埃）λ2=0.1225（埃）7/28/2021二、德布罗意假设的实验证明1、戴维森—革末实验I0510152025电子束加速后投射到单晶上。保持掠入角不变，改变加速电压，发现接收到的电子（电流）有一系列的极大值。GUKMB7/28/2