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(共23张PPT)
4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
目录
光谱
氢原子光谱的实验规律
经典理论的困难
玻尔原子理论的基本假设
玻尔理论对氢光谱的解释
玻尔理论的局限性
1. 光谱
光 谱
发射光谱
定义：由发光体直接产生的光谱
连续光谱
｛
产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 光形成的
光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
线状光谱
｛
（原子光谱）
产生条件：稀薄气体发光形成的光谱
光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）
吸收光谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
产生条件：炽热的白光通过温度比白光低的气体后，再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）
各种光谱的特点及成因：
人们通过大量的实验观察发现,原子的明线光谱和吸收光谱只取决于原子的内部结构,与温度、压强等外界条件无关。
原子的光谱可以被当作原子的“指纹”,因此可以用光谱分析的方法来鉴别物质的化学组成中是否含有某种原子。
2. 氢原子光谱的实验规律
氢原子光谱
在真空管中充入稀薄的氢气,将真空管两极接到 2~3 kV 的直流高压电源上,在电场的激发下,氢原子会发光。氢原子明线光谱的可见光波段内有四条谱线,它们的波长分别是 0.656 3 μm、0.486 1 μm、0.434 0 μm 和 0.410 1 μm。
氢原子光谱：
364.6
410.2
434.1
486.1
656.3
单位nm
巴尔末经验公式
经验常数
3. 经典理论的困难
原子核式模型:
无法解释原子的稳定性
无法解释原子的同一性
无法解释原子的再生性
氢原子结构
卢瑟福的有核原子结构与经典理论的矛盾
按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。计算表明，原子的寿命将仅有10-12秒。而实验表明原子相当稳定。
电子轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱。实验测得原子光谱是不连续的谱线。
同一性：原子形成的初始条件与边界条件不同，但同种元素的原子没有明显差异
再生性：原子被扰乱后又回到原来的状态
5. 玻尔理论对氢光谱的解释
尼尔斯·玻尔
丹麦物理学家尼尔斯·玻尔，生于丹麦哥本哈根的一个富裕知识分子家庭，父亲是哥本哈根大学生理学教授。1903年进入哥本哈根大学数学和自然科学系，大学二年级时他热中于研究水的表面张力问题，并在丹麦皇家科学院的有奖征文中容获金质奖章，1909年获硕士学位，1911年以论文《金属电子论的研究》获博士学位。
里德伯 - 里兹并合原则
(1896年)
卢瑟福原子的有核模型
（1911年）
普朗克量子假设
（1900年）
玻尔氢原子理论
(1913年）
1)定态假设：原子中电子的轨道不是任意的，只能取分立
的几个，在以上轨道运动的电子不辐射电磁
波，原子处于相应的定态。
玻 尔 的 氢 原 子 理 论
3）角动量量子化：如果电子绕核转的是圆轨道的话，它的
角动量也应是量子化的，即
(n=1，2，3…)
2)跃迁假设：原子中的电子从一定态跃迁到另一定态，若
相应的能量En>Ek，则原子将放出一个光子，
其频率：
将定态能量代入跃迁公式，即得氢光谱规律公式：
从而使氢光谱的谱线规律很自然的得到解释。
由定态跃迁原理通过运用经典力学的计算和引入量子条件，玻尔推出了原子的玻尔半径大小a，并得到了定态能量En。
氢光谱的巴尔末线系
氢光谱能级图
赖曼系
巴尔末系
帕邢系
布拉开系
6. 玻尔理论的局限性
玻耳理论的意义
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的光谱线结构。
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。
玻尔理论的缺陷
不能处理复杂原子的问题
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。
对于电子绕核的运动，用经典理论处理；
对于电子轨道半径，则用量子条件处理。
总结
玻尔理论成功地解释了原子的稳定性及氢原子光谱的规律性。为人们认识微观世界和建立近代量子理论打下了基础。
但玻尔理论是经典与量子的混合物，存在着许多不协调。如它既保留了经典的确定性轨道，又假定量子化条件来限制电子的运动。它不能解释稍微复杂的问题，正是这些困难，迎来了物理学的大革命。
思考与练习
1. 简述玻尔理论。
2. 简述玻尔理论是如何解决原子的核式结构模型与经典理论之间矛盾的。
3. 氢原子的核外电子从一个轨道跃迁到另一轨道时向外辐射电磁波,电子绕核运动的动能以及电子与氢原子核间的电势能如何变化

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