波爾理論的地位與作用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)海 南 師 范 大 學本 科 生 課 程 論 文題目：玻爾理論的地位與作用 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 年 級： 系 別： 完成日期： 指導教師： 玻爾理論的地位與作用 作者：XXX 指導教師：XXX 教授 （XXXXXX學院， 海口市， 571158） 摘要：19世紀末期，就在經(jīng)典物理理論已被人們認為是“最終理論”的時候，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的物理現(xiàn)象，例如光電效應，原子的光譜線系等，都是經(jīng)典物理理論所無法解釋的。1913年丹麥物理學家玻爾（N.Bohr）通過研究氫原子

2、的光譜，提出了“玻爾理論”，在這方面成功的邁出了第一步，實現(xiàn)了問題的突破。關鍵詞：玻爾理論 量子化 光譜 地位 作用 The Status and Role of Boulder TheoryWriter：XXX guide teacher：XXXX lecturer（Physics and electronics engineering institute Hainan normal university， Haikou， 571158）Abstract: Keywords：Boulder Theory quantization spectrum status function玻爾理論的背景

3、 19世紀末，物理學理論在當時看來已經(jīng)發(fā)展到相當完善的階段。那是，一般的物理現(xiàn)象都可以從相應的理論中得到說明：物體的機械運動在速度比光速小得多時，準確的遵循牛頓力學的規(guī)律；點此現(xiàn)象的規(guī)律被總結(jié)為麥克斯韋方程；光的現(xiàn)象有光的波動理論，最后也歸結(jié)到麥克斯韋方程；熱現(xiàn)象理論有完整的玻爾茲曼、吉布斯等人建立的統(tǒng)計物理學。在這種情況下，當時有許多人認為物理現(xiàn)象的基本規(guī)律已完全被結(jié)論，剩下的工作只是把這些基本規(guī)律應用到各種基本問題上，進行一些計算而已。 然而，在隨后的研究中，當時被認為“最終理論”的經(jīng)典理論卻遇到了不可克服的困難。人們發(fā)現(xiàn)了很多經(jīng)典理論所無法解釋的物理現(xiàn)象，例如光電效應，原子的光譜線系，黑

4、體輻射等。 在經(jīng)典力學中關于氫原子模型的理論中，氫原子中原子核帶一個單位的正電荷，核外有一個單位的負電荷。由于原子核質(zhì)量遠大于電子的質(zhì)量，可近似認為氫原子的模型是電子繞原子核做圓周運動。設電子質(zhì)量為m,速度大小為v,軌道半徑為r。由牛頓第二定律 則 氫原子總能量 聯(lián)立可得 并可得 從上述原子中的電子軌道運動，按照經(jīng)典電動力學，當帶電粒子有加速度時，就會輻射；而發(fā)射出來的電磁波的頻率等于輻射體運動的頻率。原子中的電子軌道運動具有向心加速度，就應連續(xù)輻射。但這樣的推論存在兩點與事實相矛盾： （1）關于氫原子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和原子半徑大小的矛盾。原子如果連續(xù)輻射，它的能量就會逐漸地降低，電子的軌道半徑就要連

5、續(xù)地縮小。直到電子軌道縮小到碰到原子核為止。照這樣的推論，所有的原子都會變成原子核那么大，即半徑是10-15m的數(shù)量級，才成為穩(wěn)定不變，但從不同的實驗測得的原子半徑都是10-10m的數(shù)量級。足見這里的結(jié)論與事實不符。 （2）經(jīng)典力學中關于氫原子的光譜頻率與實驗觀察的光譜頻率的矛盾。按照電動力學，原子所發(fā)光的頻率等于原子中電子運動的頻率。現(xiàn)在如果如上文所說，電子軌道連續(xù)縮小，則由 可知軌道運動的頻率就連續(xù)增大，那么所發(fā)光的頻率就會是連續(xù)變化的，院子的光譜應該是連續(xù)光譜。但實際上原子光譜是分隔的代表一些分隔而有數(shù)值的頻率。例如H原子光譜如下圖所示： 并歸納出氫原子光譜頻率可以表達為 ，由此可以看出

6、經(jīng)典力學中關于氫原子的光譜頻率與實驗觀察的光譜頻率的矛盾。玻爾理論概述 為了解釋這種種的矛盾，玻爾在總結(jié)前人成果的基礎上，經(jīng)過大量實驗潛心研究，終于突破性的提出“玻爾理論”。關于玻爾理論的幾個假設。定態(tài)假設。 原子系統(tǒng)只能處于一系列分立的不連續(xù)的能量狀態(tài)E1、E2、E3在這些狀態(tài)下電子雖做加速運動，但不向外輻射能量，這一系列的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài)。顯然能量的分立以及定態(tài)的概念與經(jīng)典力學學和電磁學是格格不入的。頻率條件 原子從一個定態(tài)躍遷到另外一個定態(tài)時，才可能發(fā)射或吸收電磁波。設EnEm,則當由En態(tài)躍遷到Em態(tài)時，輻射電磁波。當有Em躍遷到En吸收電磁波。輻射或吸收的電磁波的頻率v與En，Em之間

7、有如下的關系 Hv = En - Em (v 為電磁波頻率) （1）角動量量子化條件 mvr = n(h/2)上述三個理論是玻爾理論的核心，對整個量子理論的建立起了基礎的作用。 這些假設很好的解釋了很多經(jīng)典理論所無法解釋的物理現(xiàn)象。玻爾理論得到的能級公式，能夠很好地解釋氫原子以及類氫離子的光譜現(xiàn)象。玻爾理論的作用還不只是它能成功地解釋氫原子和類氫離子的問題，更具有普遍意義的是：它正確地指出了原子能級的存在，即原子能量是量子化的，只能取某些分立的值。這個觀點不僅為氫原子、類氫離子的光譜所證實，而且夫蘭克赫茲實驗證明，對于汞那樣的復雜原子也是正確的。這說明玻爾關于原子能量量子化的假設比他氫原子理論

8、具有更為普遍的意義。玻爾正確地提出了定態(tài)的概念，即處于某一些能量狀態(tài)En上的院子并不輻射電磁波，只有當原子從一些能量狀態(tài)En躍遷到亮一些能量狀態(tài)Em時才發(fā)射光子，光子頻率v由Hv= En - Em 決定。事實證明這一結(jié)論對于各種院子是普遍正確的。由玻爾的量子化條件L=n,引出了角動量量子化這一普遍正確的結(jié)論。上述關于原子存在能級的假設、關于原子穩(wěn)定性的假設以及關于角動量量子化的假設都是與古典力學、經(jīng)典電磁學理論的結(jié)論相違背的，但正是由于在這些離開了經(jīng)典思想束縛的概念上的飛躍，使波爾獲得了成功，波爾的這一成就為人們認識微觀世界以及為近代量子理論的建設打下了基礎。玻爾理論的形成與發(fā)展打開了原子世界的大門, 為物理學向微觀方面進一步發(fā)展開辟了道路,為近代物理學的基礎之一 量子力學的建立奠定了基礎,具有劃時代的歷史意義。量子力學的誕生和發(fā)展寫就了近代科學史上最精彩最奇妙的一章，至今仍給我們不少啟迪。參考文獻：1 原子物理教程 張延惠，林圣路，王傳奎 編一濟南：山東大學出版社 2003年8月版；2 玻爾和原子戊革 著南京：江蘇教育出版社；3 原于核物理廬希庭 主編；盧希庭，江棟興，葉沿林 編著 一2版