16周量子力學基礎

1、第十二章 量子力學基礎,第一節(jié) 玻爾的氫原子結構理論,氫原子光譜的規(guī)律,玻爾氫原子理論,盧瑟福原子核模型,,原子發(fā)光 原子內部結構,,一 氫原子光譜的規(guī)律性,1885年瑞士數(shù)學家巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子光譜可見光部分的規(guī)律,其中,1890 年瑞典物理學家里德伯給出氫原子光譜公式,里德伯常量,氫原子光譜規(guī)律啟發(fā)人們對原子內部結構的暢想和探索.,巴耳末公式,原子具有線光譜；,實驗表明：,各譜線間具有一定的關系

2、,656.3nm,486.1nm,434.0nm,410.2nm,每一譜線的波數(shù)都可表達為兩個光譜項之差。,二 盧瑟福的原子有核模型,盧瑟福是 J. J.湯姆孫第一個外國研究生. 他開創(chuàng)的用高速運動粒子作為探針轟擊原子，研究原子結構的方法是核物理和粒子物理實驗中最有力的分析方法.,對于學生馬斯登和蓋革所觀察到的α粒子大角度散射, 盧瑟福非常興奮激動地說：“這幾乎令人難以置信, 在我的一生中竟會發(fā)射發(fā)生這樣的事情. 如果你將一顆

3、 15 英寸的大炮彈射向一張薄紙，炮彈竟然會反射回來打中你自己！”,粒子散射實驗,盧瑟福學生馬斯登和蓋革和實驗支持了盧瑟福的預言.,盧瑟福提出有核模型： 1. 全部正電荷Ze集中在原子球體中心，大約占原子體積幾萬分之一大小的范圍內，構成原子核. 2. 原子質量幾乎全（99.9%以上）集中于此. 3. Z個電子在核外憑借其與正電荷的庫侖力做繞核運動，也就類似于行星那樣的運動.,三 氫原子的玻爾理論,（1

4、）經(jīng)典核模型的困難,根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速圓周運動，作加速運動的電子將不斷向外輻射電磁波 .,玻爾（Niels Henrik David Bohr，1885—1962）丹麥理論物理學家，現(xiàn)代物理學的創(chuàng)始人之一，1913年發(fā)表了《論原子構造與分子構造》等三篇文章，正式提出了關于原子穩(wěn)定性和量子躍遷理論的假設，完滿地解釋了氫原子光譜的規(guī)律. 更重要的是討論了多電子原子，提出所有原子中有定態(tài)結構，推動量子物理學的形成.,玻爾的創(chuàng)新

5、點: 1） 第一個將量子化概念用到原子結構上. 2） 第一個將原子光譜與原子中電子躍遷聯(lián)系起來. 將盧瑟福的原子模型， 量子化概念和光譜統(tǒng)一了起來. “這簡直是思維上最和諧的樂章” —愛因斯坦,（2）玻爾的三個假設,假設一 電子在原子中，可以在一些特定的軌道上運動而不輻射電磁波，這時原子處于穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)），并具有一定的能量.,假設二 電子以速度 在半徑為 的圓周上繞核運動時，只有電子的角動量 等于 的整數(shù)倍的那

6、些軌道是穩(wěn)定的 .,（3）氫原子軌道半徑和能量,,由假設 2 量子化條件,由牛頓定律,,第 軌道電子總能量,所以有：,無窮遠處勢能零點,電子處于束縛態(tài)時，總能量為負值,能級,N越大，電子總能量越大,能量、軌道半徑都是量子化的,若將電子從基態(tài)躍遷到無窮遠處，此時電子不再受原子核的束縛-原子被電離,電離能=,（4） 玻爾理論對氫原子光譜的解釋,電子由n激發(fā)態(tài)躍遷到k激發(fā)態(tài)輻射光子能量：,,里德伯常量,,,,,例題1,氫原子

7、從n=3的能級狀態(tài)躍遷到k=2的能級時，求所輻射的光子的波長？能量是多少？,解：由巴末爾系公式：,得：,所以：,里德伯常數(shù)的理論值：,賴曼系,巴耳末系,帕邢系,布喇開系,氫原子能級圖,例2、當大量氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài)時，原子躍遷將發(fā)出？種波長的光,6種,若是從n=3躍遷呢？,3種,例3,計算萊曼系的最短波長和最長波長及其光子的能量,萊曼系,解：,當n=2時，此時輻射出光子的波長最長：,所以：,當,四 氫原子玻爾理論的意義

8、和困難,（1）正確地指出原子能級的存在（原子能量量子化）；（2）正確地指出定態(tài)和角動量量子化的概念；（3）正確的解釋了氫原子及類氫離子光譜；,（4）無法解釋比氫原子更復雜的原子；（5）把微觀粒子的運動視為有確定的軌道是不正確的；（6）是半經(jīng)典半量子理論，存在邏輯上的缺點，即把 微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學的質點，同時，又 賦予它們量子化的特征 .,第十三章 原子核物理,第一節(jié) 原子核的基本性質,第二節(jié)

9、 放射性、衰變定律、核反應,,1、原子核的電荷,電子的電量= -e=-1.602*10-19C,原子核的電量 q=Ze,Z：電荷數(shù)，即該元素在周期表中的原子序數(shù),2、原子核的質量,,第一節(jié)：原子核的基本性質,3、原子核的組成,原子核：由質子和中子組成,4、質量虧損,,中子數(shù)：A-Z,質子和中子結合成原子核的過程是放出熱量的-原子核的結合能,第二節(jié) 放射性 衰變定律 核反應,某些重金屬：鈾、鐳等，能夠放出射線，這些射線可使氣體電

10、離、照相底片感光,元素的放射性-與物理和化學環(huán)境無關，與原子核外電子的排布無關,放射性衰變-自然界中不穩(wěn)定的原子核，能自發(fā)地放出某種射線而變成另一種原子核,一、放射性衰變,,射線：光子流,射線：氦核,射線：電子 （+反中微子）,放射性衰變規(guī)律：嚴格遵循：電荷數(shù)、質量數(shù)、能量、動量守恒,衰變能：衰變前后能量的變化，用 表示,射線：正電子 （+中微子）,1、 衰變,,注意：電荷數(shù)

11、、質量數(shù)、能量守恒,,衰變一般表達式：,衰變核：質量數(shù)A大于209的重原子核,,,2、 衰變,注意：電荷數(shù)、質量數(shù)、能量守恒,衰變一般表達式：,的來源：,衰變核：中子數(shù)過多的原子核,,3、 衰變,注意：電荷數(shù)、質量數(shù)、能量守恒,衰變一般表達式,實際上,如：,,4、 衰變,一種電磁波，（光子），通常是伴隨 衰變的,二、衰變定律,1、衰變定律,放射核素在 時間內衰變的原子數(shù) ，與母核總