1主讲：朱祥荣湖州师范学院理学院第一章绪论原子结构的玻尔理论
§1.3原子结构的玻尔理论21.原子光谱与原子结构（1）原子光谱19世纪初，自从英国物理学家沃拉斯顿（W.H.Wollaston)发现太阳光谱中的暗线后，对光谱的研究就慢慢发展起来了。氢原子光谱由许多分立谱线组成，这是很早就发现了的。1885年瑞士巴尔末(Balmer)发现紫外光附近的一个线系，并得出氢原子谱线的经验公式,即著名的巴尔末公式：后来又发现了一系列线系它们可用下面公式表示：
§1.3原子结构的玻尔理论3人们自然会提出如下三个问题：①.原子线状光谱产生的机制是什么？②.怎样的发光机制才能认为原子的状态可以用包含整数值的量来描写?③.光谱线的频率为什么有这样简单的规律？
§1.3原子结构的玻尔理论4（2）原子的结构承认电子和正离子是物质的组分，第一次使人们能够构建原子的真实模型。（1808）道尔顿原子论（1901）佩兰模型（1904）汤姆孙葡萄干面包模型（1904）长冈半太郎土星模型（1911）卢瑟福原子有核模型虽然这些模型都能或多或少地成功地解释一些现象，但是它们最后都遭到大多数科学家的反对。因为它们在电稳定性和线光谱的说明上遇到了困难。
§1.3原子结构的玻尔理论52.用经典物理学解释时遇到的困难（1）经典物理学不能建立一个稳定的原子模型。根据经典电动力学，电子环绕原子核运动是加速运动，因而不断以辐射方式发射出能量，电子的能量变得越来越小，因此绕原子核运动的电子，终究会因大量损失能量而“掉到”原子核中去，原子就“崩溃”了，但现实世界表明，原子稳定地存在着。（2）加速电子所产生的辐射，其频率是连续分布的。（3）谱线频率分布遵从并合原则如果光谱中有频率为ν1和ν2的两条谱线，则还有频率为ν1+ν2或|ν1-ν2|的谱线。总之，新的实验现象的发现，暴露了物理学经典理论的局限性，迫使人们去寻找新的物理概念，建立新的理论。量子力学就在这场物理学的危机中而诞生。
§1.3原子结构的玻尔理论63.玻尔理论1912年，时年27岁的丹麦物理学家玻尔来到卢瑟实验室对原子结构的谱线进行研究，为解释氢原子的辐射光谱，1913年提出原子结构的半量子理论。获得1922年诺贝尔物理学奖（1）玻尔假设电子在原子中不可能沿着经典理论所允许的每一个轨道运动，而只能沿着其中一组特殊轨道运动。在原子中的电子处于能量不连续的稳定状态（定态）。当电子处于定态时不发生辐射；只有当电子从一个定态能级En跃迁到另一个定态能级Em时，才发射（吸收）一个光子。
§1.3原子结构的玻尔理论7①特定的定态轨道轨道量子化条件：电子的角动量L只能取的整数倍：②定态跃迁频率原子处于定态时不辐射，但是因某种原因，电子可以从一个能级En跃迁到另一个较低（高）的能级Em，同时将发射（吸收）一个光子。光子的频率为：
§1.3原子结构的玻尔理论8（2）玻尔理论对氢原子光谱的解释氢原子中的电子绕核作圆周运动角动量能量向心力库仑力里德伯方程里德伯常数与实验结果一致
§1.3原子结构的玻尔理论9（3）量子化条件的推广由理论力学知，若将角动量L选为广义动量，则θ为广义坐标。考虑积分并利用Bohr提出的量子化条件，有索末菲将Bohr量子化条件推广为推广后的量子化条件可用于多自由度情况，索末菲量子化条件不仅能解释氢原子光谱，而且对于只有一个价电子（Li，Na，K等）的一些碱金属原子光谱也能很好的解释。
§1.3原子结构的玻尔理论10（4）玻尔理论无法克服的困难对玻尔理论的评价成功地解释了原子的稳定性、大小及氢原子光谱的规律性。定态假设（定态具有稳定性和确定的能量值）依然保留在近代量子论中。为人们认识微观世界和建立量子理论打下了基础。玻尔理论无法克服的困难只能解释氢原子及碱金属原子的光谱，不能解释两个电子或两个电子以上价电子的原子的光谱。(2)只能给出氢原子光谱线的频率，不能计算谱线的强度及这种跃迁的几率，不能指出哪些跃迁能观察到以及哪些跃迁观察不到。(3)只能讨论束缚态而不能讨论散射态。玻尔理论是经典与量子的混合物，它保留了经典的确定性轨道，另一方面又假定量子化条件来限制电子的运动。它不能解释较复杂的原子问题，并没有成为一个完整的量子理论体系，是半经典量子理论。