玻尔的原子模型(一)——基本理论

玻尔的原子模型(一)——基本理论

为了解释卢瑟福原子模型的原子结构稳定性问题,丹麦物理学家波尔提出了他的原子模型。他提出了电子在核外的量子化轨道,解决了原子结构的稳定性问题,描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。说白了,波尔就是把普朗克的量子假说推广到了原子内部。

先说一点,值得我们深思的花絮。在波尔的原子模型提出之前,有两个人也总结出了一定的规律,或者说,他们在大量的实验数据之下,提出了自己的观点,即使他们也不知道这是什么物理含义这告诉我们总结规律,提出规律,有可能就是你成名的捷径。[笑哭][笑哭][笑哭]

瑞士数学教师巴耳末将氢原子的谱线表示成巴耳末公式即波长λ=(n²/n²-4)B,其中B为常数,n=3,4,5……

瑞典物理学家里德伯总结出更为普遍的光谱线公式里德伯公式即波长λ的倒数=(1/2²-1/n²)R,其中R为常数,n=3,4,5……

1913年2月的某一天,玻尔的同事汉森拜访他,提到了1885年瑞士数学教师巴耳末的工作以及巴耳末公式,玻尔顿时受到启发。后来他回忆到“就在我看到巴耳末公式的那一瞬间,突然一切都清楚了,”“就像是七巧板游戏中的最后一块。”这件事被称为玻尔的“二月转变”。

主要内容如图

玻尔的原子理论给出这样的原子图像:

1.电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动,离核愈远能量愈高;这一点和我们在万有引力章节所学的轨道越高,机械能越大是完全一致的。

2.可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定;这一点我们在中学阶段无需考虑。

3.当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量,只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量,而且发射或吸收的辐射是单频的,辐射的频率和能量之间关系由 E=hv给出。h为普朗克常数。h=6.626×10^(-34)J·s。这一点是中学阶段的考察重点,大家注意的关键点是只有当三个字。具体我们下一期再说。

虽然玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律。但是我们发现他其实还是在用宏观世界的物理规律来解释微观世界。这就导致了对于稍微复杂一点的原子如氦原子,玻尔理论就无法解释它的光谱现象。说白了,无法解释的根本原因在于我们在前面说过的测不准原理即动量和位置只能确定一点,或者说,电子没有确定的位置,只有出现的概率大小。

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