氢原子模型及玻尔的氢原子理论

时间：2026-01-21

第三节

原子模型氢原子光谱1

十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现，如电子、 X 射线和放射性元素的发现表明原子是可以分割的，它具有比较复杂的结构，原子是怎样组成的？原子的运动规律如何？对这些问题的研究形成了原子的量子理论。

一、原子结构的探索1.汤姆逊原子结构模型 1903年 J.J.汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均匀地分布在半径为10-10m的球体内，而带负电的电子则在这个球体内游动。这些电子能在它们的平衡位置上作简谐振动，观察到的原子所发光谱的各种频率就相当于这些振动的频率。这种模型的特点：特别稳定。2

后来卢瑟福和他的学生所金箔荧光屏作的粒子散射实验否定了汤姆逊的这种模型。镭放射源

2. 粒子散射实验

粒子

显微镜

粒子为氦核

2 4

以~c/15轰击金箔，在原子中带电物质的电场力作用下，使它偏离原来的入射方向，从而发生散射现象。氦核质量是电子质量的 7500倍，粒子运动不受电子影响。实验结果表明：绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小(2 ~3 ), 但有1/8000的粒子偏转角大于90 3

汤姆逊的原子结构模型无法解释这种现象。这种大角度散射不可能解释为都是偶然的小角度的累积—这种可能性要比1/8000小得多，绝大多数是一次碰撞的结果。但这不可能在汤姆逊模型那样的原子中发生。 3. 卢瑟福原子有核模型 ①.原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。 ②.电子绕原子核旋转。

③.原子核的体积比原子的体积小得多。4

原子半径~10-10m,原子核半径10-14 ~10-

卢瑟福的原子有核模型可以解释粒子的散射实验：绝大多数的粒子会穿透原子按原方向进行，只有极少数的粒子进到核处而产生大角度散射。后来盖革和马斯顿又仔细地进行了粒子散射实验，证实了卢瑟福结构模型的正确性。原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。研究原子结构的两种方法： ①.利用原子发光谱线规律。 ②.用高能粒子轰击物质中的原子，使高能粒子穿到原子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部结构。5

二、光谱光谱是电磁辐射(不论是在可见光区域还是在不可见光区域)的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线 “携带”着大量

有关原子内部结构或原子能态变化特色的“信息”。通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。6

三、氢原子光谱氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 1. 巴尔末光谱线系很早，人们就发现氢原子的线光谱在可见光部分的四条谱线。

n 巴尔末公式 B 2 2 ( n 3,4,5,6 ) n -2 常数 B 364.56nm

当 n=3,4,5,6,为四条可见光谱线H 、H 、H 、 H H H H H 当n=7,8,9,10,为 H 四条紫外部分谱线。 n 3 5 4 氢原子巴尔末线系 656.3 486.3 364.56nm7

~ 1 来表示谱线， 1896年里德伯用波数 n2 波数：单位长度中所包含的波形数目。 B 2 2 n -2 2 1 n -4 4 1 1 ~ 1 2 - 2 2 B n B 2 n 4 里德伯常数 RH 1.097373 10 7 m -1 令 RH B

~ R 1 - 1 巴尔末公式 n 3,4,5, H 2 2 n 2

氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现，一个在紫外线，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别由帕邢、布喇开、普丰特发现。8

2. 莱曼线系光谱在紫外区域的谱线----莱曼线系。

~ R 1 - 1 H 2 2 1 n 3. 其它线系在红外区还有三个线系

n 2,,4, 3

~ R 1 - 1 n 4,5,6, 帕邢系 H 2 2 3 n