第二十原子的量子理論

第二十原子的量子理論第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二十章原子的量子理論§20.1氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律§20.2玻爾的氫原子理論§20.3量子力學(xué)基本概念薛定諤方程§20.4一維無(wú)限深勢(shì)阱中的粒子§20.5氫原子的量子力學(xué)處理§20.6原子的電子殼層結(jié)構(gòu)返回總目錄第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二十章原子的量子理論§20.1氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、原子結(jié)構(gòu)模型均勻分布正電荷第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一+第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一盧瑟福（Rutherford）

J.J湯姆孫的學(xué)生，他既有才能又刻苦工作，精力充沛又非常自信。1908年盧瑟福研究衰變獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，盡管他高興得到諾貝爾獎(jiǎng)，但他不喜歡該獎(jiǎng)是化學(xué)獎(jiǎng)，而不是物理學(xué)獎(jiǎng)。

我觀察到許多由一種物質(zhì)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的嬗變現(xiàn)象，但從來(lái)沒(méi)有看到過(guò)象我這樣變化得這么快，一夜之間由一個(gè)物理學(xué)家轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)家。

盧瑟福諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)盧瑟福的學(xué)生有14人獲諾貝爾獎(jiǎng)，其中之一玻爾的學(xué)生有7人獲諾貝爾獎(jiǎng)。第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、原子光譜規(guī)律性第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氫原子光譜656.28486.13434.05410.17364.56nm第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一巴爾末又指出,如將上式中的“22”換成其它整數(shù)k的平方,還可得到其它譜線(xiàn)系.巴爾末公式第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1）穩(wěn)定問(wèn)題-經(jīng)典理論得出原子是”短命“的經(jīng)典理論：電子繞核運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)必向外輻射能量，電子軌道半徑越來(lái)越小，直到掉到原子核與正電荷中和，這個(gè)過(guò)程時(shí)間<10-12秒，因此不可能有穩(wěn)定的原子存在。2）經(jīng)典理論得出原子光譜是連續(xù)光譜經(jīng)典理論：原子發(fā)光頻率等于電子饒核運(yùn)動(dòng)頻率，因此電磁波頻率r-3/2，由于半徑的連續(xù)變化，必導(dǎo)致產(chǎn)生連續(xù)光譜。三、經(jīng)典理論的困難第10頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§20.2玻爾的氫原子理論1913年英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生N·Bohr提出了新的假設(shè)，成功地解釋了H原子光譜。第11頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一說(shuō)明第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一n=4n=3n=2n=1r=r1r=4r1r=9r1r=16r1賴(lài)曼系巴耳末系帕邢系里德伯常數(shù)的理論值：第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一126534賴(lài)曼系巴耳末系帕邢系布喇開(kāi)系En=E1/n2E5=E1/25E4=E1/16E3=E1/9=-1.51eVE2=E1/4=-3.39eVE1=-13.6eVT=R/n2109677cm-12741cm-112186cm-16855cm-14387cm-1氫原子能級(jí)圖第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一-0.85ev-13.6ev第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、玻爾理論的成功與局限成功：解釋了H光譜，爾后有人推廣到類(lèi)H原子（）也獲得成功（只要將電量換成Ze（Z為原序數(shù)）。他的定態(tài)躍遷的思想至今仍是正確的。并且它是導(dǎo)致新理論的跳板。1922年獲諾貝爾獎(jiǎng)。局限：1、理論不嚴(yán)密，自相矛盾（把經(jīng)典理論與非經(jīng)典理論混雜起來(lái)）2、只能解釋H及類(lèi)H原子譜線(xiàn)的頻率，不能解釋各譜線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度及禁戒躍遷，也解釋不了原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。3、僅對(duì)單電子原子成功，對(duì)兩個(gè)電子或多電子的中性原子的處理糟糕透了。第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原因：它是半經(jīng)典半量子理論的產(chǎn)物。是在經(jīng)典理論框架里安了量子化的條件。因此，玻耳理論稱(chēng)為舊量子論,它是經(jīng)典理論與量子理論之間的一座橋梁

1924年德布羅意（DeBroglie）提出了波粒二象性，爾后由德國(guó)的薛定諤（Schr¨dinger）與海森伯（Heisenbeng）等建立了量子力學(xué)。o第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一玻爾(N·Bohr)其人：他是盧瑟福的學(xué)生，在其影響下具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，勤奮好學(xué)，平易近人，后來(lái)很多的科學(xué)家都有紛紛來(lái)到他身邊工作。當(dāng)有人問(wèn)他，為什么能吸引那么多科學(xué)家來(lái)到他身邊工作時(shí)，他回答說(shuō)：“因?yàn)槲也慌略谇嗄昝媲氨┞蹲砸训挠薮馈?。這種坦率和實(shí)事求是的態(tài)度是使當(dāng)時(shí)他領(lǐng)導(dǎo)的哥本哈根理論研究所永遠(yuǎn)充滿(mǎn)活力，興旺發(fā)達(dá)的原因。愛(ài)因斯坦評(píng)價(jià)說(shuō)：“作為一個(gè)科學(xué)的思想家玻爾具有那么驚人的吸引力；在于他具有大膽和謙遜兩種品德難得的結(jié)合”第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§20.3量子力學(xué)基本概念薛定諤方程問(wèn)題第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一猜想第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子的單縫衍射：1）大量電子的一次性行為：U極大值極小值中間值較多電子到達(dá)較少電子到達(dá)介于二者之間波強(qiáng)度大，大小波強(qiáng)度小，波強(qiáng)介于二者之間粒子的觀點(diǎn)波動(dòng)的觀點(diǎn)第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）一個(gè)粒子多次重復(fù)性行為較長(zhǎng)時(shí)間以后U極大值極小值中間值較多電子到達(dá)較少電子到達(dá)介于二者之間單個(gè)粒子出現(xiàn)的概率大粒子出現(xiàn)的概率介于二者之間粒子的觀點(diǎn)波動(dòng)的觀點(diǎn)統(tǒng)一地看：粒子出現(xiàn)在某處的概率正比于單個(gè)粒子出現(xiàn)的概率小第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自由粒子的定態(tài)波函數(shù)上式為自由粒子的定態(tài)波函數(shù)滿(mǎn)足的方程上式對(duì)x求兩次導(dǎo)數(shù)第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自由粒子的定態(tài)波函數(shù)滿(mǎn)足的方程第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§20.4一維無(wú)限深勢(shì)阱中的粒子設(shè)粒子的質(zhì)量為m,其勢(shì)能函數(shù)為:第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)邊界條件，有：第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本征能量（本征值）為：n=1,2,3,…..第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一所以，本征能量（本征值）為：n=1,2,3,…..概率密度為：第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一討論狀態(tài)本征能量本征函數(shù)概率密度第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§20.5氫原子的量子力學(xué)處理第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子具有自旋運(yùn)動(dòng)及具有自旋磁矩是電子的基本屬性第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§24.6原子的電子殼層結(jié)構(gòu)第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第56頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第57頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第58頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第59頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在氣體放電管中，用能量為12.1ev電子去轟擊處于基態(tài)的氫原子,此時(shí)氫原子所能發(fā)射的光子的能量只能是:(A)12.1ev(B)10.2ev(C)12.1ev,10.2ev,1.9ev(D)12.1ev,10.2ev,3.4ev答案：（C）第60頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一已知粒子在一維無(wú)限深勢(shì)阱中運(yùn)動(dòng)，其波函數(shù)為那么，粒子在處出現(xiàn)的概率密度為答案：（A）第61頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一下列四組量子數(shù)其中可以描述原子中電子狀態(tài)的（A）只有（1）和（3）（B）只有（2）和（4）（C）只有（1）、（3）、（4）（D）只有（2）、（3）、（4）答案：（C）第62頁(yè)，共64頁(yè)，2023年