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玻尔提出了氢原子的( )原子模型「玻尔氢原子模型的局限性」

时间:2022-12-17 12:35:10来源:搜狐

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1859棱光分光镜的发明使得光谱的测量成为可能,在这种技术革新的背景下实验光谱学发展到了很高的水平,有关的研究工作首先是向寻找线光谱规律性的方向发展。其中,巴尔末在1885年发现,氢光谱当时已知的全部谱线的波长,可用一个经验公式来表达, 波长=b[n2/ (n2-2)]。当时对已知的氢光谱的九条谱线的测量结果都极好地和这一公式相吻合(误差还不到千分之一)。其他光谱中的规律性也随即被发现了,其中里德伯发现了一个更加适用于许多光谱组的普遍公式。这些经验公式在许多方面很有用处,特别是在预言新谱线方面,但对于这些线光谱存在的原子机制,当时没有人能够给出令人信服的结论。1911年,卢瑟福(Ernest Rutherford)根据自己的粒子散射实验提出了原子的核式模型,指出原子中含有电子云,它分布在质量密集的、带正电的原子核周围,而核的线度比起整个原子的线度来是极其微小的,然而,原子的卢瑟福模型存在着一个基本困难:依照公认的电动力学法则,绕核运动的电子将连续发光,并因能量损耗终将崩溃落人核内,这与观察到的分立光谱线并不一致。

为了解决这一矛盾,1913年,玻尔提出了两点假没:

第一点假设认为,电子只能在某些确定的轨道上运动,这就是所谓的“定态”,电子只要停留在这些态中的任何一个,它就不会发光;

第二点假设认为只有当电子从一个较高能量的定态跃迁到一较低能量的定态时,辐射才从原子中放出,放出的辐射能量等于两定态能量的差值,通过一个类似的逆过程,原子能够吸收一个辐射量子,使得一个电子跃迁到较高能量的定态。他还给出了辐射光子的能量计算公式:hv=W1 一W2:(h为普朗克常数)。玻尔还进而提出了计算这些轨道的方法,他设想定态就是绕原子核转动的角动量等于h/2的整数倍时的状态,再令电子和原子核之间静电引力等于电子作圆周运动时所受的向心力,由此便计算出了这些轨道.这就是著名的玻尔理论。这样,玻尔一方面摒弃了传统概念,一方面又借助传统方法去计算原子的能级,即各种定态下电子转动所具有的动能与电子因受原子核的静电“结合力”所具有的势能之和,由此,他推出了普遍的里得伯公式对氢的表达式。慕尼黑的索末菲(Arnold Sommerfeld)在原子理论中迈出了重要一步,他引入了椭圆轨道及附加的量子化条件,从而能够把简单的玻尔模型加以推广,结果对更复杂的原子体系有了较好的理解。

由于玻尔把量子概念引入他的原子理论,从而把他的研究直接与德国物理学家普朗克和爱因斯坦分别在1900年和1905年所做的工作联系起来,他们的研究工作已经表明,辐射和物质相互作用所涉及的能量交换是以有限的数量(或量子)进行的,这种过程无法用经典物理加以解释。另外,作为玻尔理论核心的两个假设,是理解前面所说的光谱辐射规律的关键。多年来,全世界各实验室中的物理学家,都一直为暴露于辐射之中的元素发射出分立波长的数据感到迷惑不解,以前曾经认为,这些表征某一元素的波长总会以某种形式与原子中电子运动的周期相联系。但玻尔的理论表明,这些波长事实上只相应于电子轨道间的跃迁,而与轨道本身没有关系。玻尔的这些假设显得有些武断,而且他的这种把经典物理和量子物理混在一起的做法也让人觉得不舒服。但是,这个理论在很大的范围内成功地解释了许多现象:如原子光谱的离散性,原子的核式结构等。非但如此,它还提供了关于原子行为的“图象”。诸如电子轨道、能级、轨道间的跃迁等概念,从心理上更符合我们这些习惯了以经典概念思考者的胃口。所以,“玻尔原子”无疑仍将作为用途最广的模型之一在量子物理学中保留下去。如果说普朗克的量子论揭开了量子世界帷幕的一角,那么玻尔的原子理论已打开了量子世界的第一重帷幕,人们可以由此“登堂入室”了。

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