玻爾假說玻爾假說從經(jīng)典的觀點看，根本不可能有原子。費曼，物理學家2/4/2023110原子的穩(wěn)定性1896年，J.J.Thomson通過陰極射線管實驗發(fā)現(xiàn)電子。湯姆遜在發(fā)現(xiàn)電子后，于1904年提出原子結(jié)構(gòu)的葡萄干蛋糕模型。這個模型定性地說明了物體呈現(xiàn)的電磁特性。但卻無法解釋發(fā)光的機理。為了解釋a粒子撞擊重原子時出現(xiàn)的大角度散射，Rutherford于1911年提出原子結(jié)構(gòu)的行星系模型。有核模型定性地說明了物體的發(fā)光機理，但卻不能給出一個穩(wěn)定的原子。根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子在核外加速運動時會不斷地輻射能量而減速，最終因失去全部能量而掉到核中。原子的行星系模型與經(jīng)典電磁理論結(jié)合時不自洽，預(yù)言原子會崩潰。2/4/2023210光譜的分類我們關(guān)于微觀世界的絕大部分信息來自對光譜的測量。灼熱的固體或者灼熱的液體所發(fā)出的電磁波的頻率是連續(xù)的，這種頻率的分布特性叫做連續(xù)光譜。灼熱的稀薄氣體所發(fā)出的光的光譜是線狀的，叫做線狀光譜。不同成分的氣體，其光譜的譜線并不相同，每種氣體有自己的特征光譜。用光譜儀可以確認出不同的氣體。因此，線狀光譜是原子的身份證。2/4/2023310線狀光譜的頻率每種元素的光譜線相當復(fù)雜，能夠用一個統(tǒng)一的公式表示它們嗎？1885年，巴耳末提出了氫原子可見光光譜的一個經(jīng)驗公式：里德伯常數(shù)109677.581cm-1隨后，其他幾個譜系的公式也被找到了。1908，里茲對已提出的公式做了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)每種元素的光譜線的頻率在形式上都可以用以下公式計算：光譜項里茲組合規(guī)則2/4/2023410線狀光譜帶來的問題線狀光譜帶來了這樣一些問題：經(jīng)典電磁理論預(yù)言，在原子的行星系模型中，電子不斷減速將導致原子輻射的頻率是連續(xù)的。因此，怎么會產(chǎn)生線狀光譜呢？線狀光譜的譜線的頻率為什么會遵從組合規(guī)則那么簡單的規(guī)律呢？光譜項到底代表了什么？原子的行星系模型與經(jīng)典電磁理論結(jié)合時，無法解釋線狀光譜的組合規(guī)則。經(jīng)典電磁理論無法解釋原子穩(wěn)定存在的事實以及線狀光譜的規(guī)律。2/4/2023510玻爾假說為了解決原子的穩(wěn)定性和線狀光譜的疑難，玻爾于1913年提出了兩個重要假設(shè)。定態(tài)假設(shè)：處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子只能取一系列分立的能量值。能量的可能的數(shù)值叫做能級。假定電子做圓軌道運動，能級由量子化條件確定：量子躍遷假設(shè)：處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子并不輻射電磁波。由于某種原因，電子可以從一個能級躍遷到另一個較低或較高的能級，這時，原子將發(fā)射或吸收一個光子。光子的頻率滿足頻率條件：組合規(guī)則光譜項對應(yīng)于原子的能量：T(n)~En處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的。2/4/2023610玻爾的氫原子模型根據(jù)玻爾假說，考慮氫原子中的電子繞核作圓周運動：將量子化條件代入上式：由此解出軌道半徑和速率的可能值：最小的軌道的半徑叫玻爾半徑：原子的能級：當電子處于最小軌道時，原子具有最低能量，這時原子處于基態(tài)：電子從基態(tài)向最高能態(tài)即無窮遠躍遷叫電離，所需能量叫電離能：2/4/2023710玻爾原子的輻射當電子從較高能級En躍遷到較低能級Em時，丟失的能量轉(zhuǎn)變成一個光子。這就是原子發(fā)光的機理。由頻率條件導出躍遷頻率的表達式：與巴耳末經(jīng)驗公式做比較：理論上算出的里德伯常數(shù)與實測值符合得相當好。2/4/2023810玻爾理論例題氫原子從基態(tài)躍遷到某個能級需要輸入10.19eV的能量，當它從能量為-0.85eV的能級躍遷到這個能級時，發(fā)出的光子的能量等于

eV，對應(yīng)的譜線的波長等于

?。(c=3×108m/s，h=6.626×10-34J.s，1eV=1.6×10-19J，1?=10-10米)發(fā)出的光子的能量對應(yīng)的譜線的波長2/4/2023910玻爾理論的得失玻爾理論成功地解決了原子穩(wěn)定性和線狀光譜的疑難，為量子理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。由于在研究原子結(jié)構(gòu)和原子輻射方面的貢獻，以及提出原子的量子理論，玻爾被授予1922年度的諾貝爾物理學獎。但是，玻爾的量子理論無法解釋復(fù)雜原子的光譜所遵從的規(guī)律；不能計