波爾理論
1.玻爾理論
玻爾理論,關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的一種理論.1913年由玻爾提出.是在盧瑟福原子模型基礎(chǔ)上加上普朗克的量子概念后建立的.要點(diǎn)是：
(1)原子核外的電子只能在某些規(guī)定的軌道上繞轉(zhuǎn),此時(shí)并不發(fā)光；
(2)電子從高能量的軌道跳到低能量的軌道時(shí),原子發(fā)光.
具體來(lái)說(shuō),玻爾理論包括三條假說(shuō)
1、原子能量的量子化假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中的原子是穩(wěn)定的,電子雖然做加速運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量.
2、原子能級(jí)的躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí),原子輻射一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定.
3、原子中電子運(yùn)動(dòng)軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道.由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的,因此電子運(yùn)動(dòng)的軌道也可能是不連續(xù)的,即電子不能在任意半徑的軌道上運(yùn)動(dòng)
玻爾理論的優(yōu)點(diǎn):
成功解釋了氫原子光譜不連續(xù)的特點(diǎn),解釋了當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的”紫外災(zāi)難”.
玻爾理論的局限性
這個(gè)理論本身仍是以經(jīng)典理論為基礎(chǔ),且其理論又與經(jīng)典理論相抵觸.它只能解釋氫原子的光譜,在解決其他原子的光譜是就遇到了困難,如把理論用于非氫原子時(shí),理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符,且不能求出譜線的強(qiáng)度及相鄰譜先之間的寬度.這些缺陷主要是由于把微觀粒子(電子,原子等)看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),從而把經(jīng)典力學(xué)規(guī)律強(qiáng)加于微觀粒子上(如軌道概念)而導(dǎo)致的.
“玻爾理論”的提出,打破了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面,開(kāi)創(chuàng)了揭示微觀世界基本特征的前景,為量子理論體系奠定了基礎(chǔ),這是一種了不起的創(chuàng)舉,不愧為愛(ài)因斯坦的評(píng)價(jià)－－玻爾的電子殼層模型是思想領(lǐng)域中最高的音樂(lè)神韻.
2.解釋其內(nèi)容與應(yīng)用:
盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能成功地解釋 粒子散射實(shí)驗(yàn),但無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜是明線光譜等問(wèn)題.為此,1913年玻爾提出了開(kāi)創(chuàng)性的三個(gè)假設(shè)：
（1）定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量的狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定,電子雖然繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量,這些狀態(tài)叫定態(tài).
（2）躍遷假設(shè)：電子從一個(gè)定態(tài)軌道躍遷到另一個(gè)定態(tài)軌道上時(shí),會(huì)輻射或吸收一定頻率的光子,能量由這兩種定態(tài)的能量差來(lái)決定,即
（3）角動(dòng)量量子化假設(shè)：電子繞核運(yùn)動(dòng),其軌道半徑不是任意的,只有電子的軌道角動(dòng)量（軌道半徑r和電子動(dòng)量mv的乘積）滿足下列條件的軌道才是可能的：
n=1,2,3……
式中的n是正整數(shù),稱為量子數(shù).
4．玻爾理論在氫原子中的應(yīng)用
（1）氫原子核外電子軌道的半徑
設(shè)電子處于第n條軌道,軌道半徑為r,根據(jù)玻爾理論的角動(dòng)量量子化假設(shè)得
n=1,2,3…… （1）
電子繞原子核作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),由電子和原子核之間的庫(kù)侖力來(lái)提供向心力,所以有
（2）
由（1）（2）式可得
n=1,2,3……
當(dāng)n=1時(shí),第一條軌道的半徑為
=5.3×10 –11m
其他可能的軌道半徑為
,4r1 ,9r1 , 16r1 , 25r1 …
（2）氫原子的能級(jí)
當(dāng)電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),原子系統(tǒng)的總能量E叫做第n條軌道的能級(jí),其數(shù)值等于電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能和電子與原子核的電勢(shì)能的代數(shù)和
En = （3）
由（2）式得
（4）
將（4）式代入（3）式得
En = （5）
這就是氫原子的能級(jí)公式
當(dāng)n=1時(shí),第一條軌道的能級(jí)為
E1 = = —13.6eV
其他可能軌道的能級(jí)為
E n= = eV n=2,3,4……
由軌道的半徑表達(dá)式可以看出,量子數(shù)n越大,軌道的半徑越大,能級(jí)越高.n=1時(shí)能級(jí)最低,這時(shí)原子所處的狀態(tài)稱為基態(tài),n=2,3,4,5……時(shí)原子所處的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài).
（3）玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋
由玻爾理論可知,氫原子中的電子從較高能級(jí)（設(shè)其量子數(shù)為n）向較低能級(jí)（設(shè)其量子數(shù)為m）躍遷時(shí),它向外輻射的光子能量為
=
輻射的光子頻率為
=
將上式改寫(xiě)為
= =
將上式和里德伯公式做比較得
R= =1.097373×10 7 m –1
這個(gè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)1.0967758×10 7m-1基本一致.因此用玻爾理論能較好地解釋氫原子的光譜規(guī)律,包括氫光譜的各種線系.例如：賴曼系、巴爾末系、帕邢系、布喇開(kāi)系等的規(guī)律.當(dāng)然,玻爾理論也有局限性,它在解釋兩個(gè)以上電子的比較復(fù)雜的原子光譜時(shí)遇到困難.后來(lái)誕生了量子理論——量子力學(xué),在量子力學(xué)中,玻爾理論中的電子軌道,只不過(guò)是電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多的地方.
（四）原子的受激輻射——激光
原子輻射有兩種情形：（1）自發(fā)輻射：處于激發(fā)態(tài)E2的原子,由于不穩(wěn)定自發(fā)地躍遷到低能的E1上,同時(shí)輻射光子.光子的能量為 = ,普通的光源發(fā)光就屬于這種輻射.它輻射的光子彼此能獨(dú)立,發(fā)射的方向和初相位都不相同,所以我們可以從各個(gè)方向看到它發(fā)出的光.（2）受激輻射；當(dāng)原子處于激發(fā)態(tài)E2時(shí)恰好有能量為 = 的光子趨近它,原子就可能受到此外來(lái)光子的激勵(lì)而躍遷到低能態(tài)E1上,同時(shí)發(fā)射出一個(gè)和外來(lái)光子完全一樣的光子.
激光就是由受激輻射產(chǎn)生的,一個(gè)入射光子由于引起受激輻射可以得到兩個(gè)同樣的光子,如果這兩個(gè)光子在媒質(zhì)中傳播時(shí)再引起其他原子發(fā)生受激輻射,就會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越多的相同的光子,使光得到加強(qiáng),這就是激光,激光具有高單色性、高相干性、高亮度、而且方向性好.
二．原子核
（一）放射性元素的衰變
一些不穩(wěn)定的原子核會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種原子核同時(shí)放出射線,通常有 射線、 射線和 射線. 射線是氦原子核組成的粒子流, 射線是高速的電子流, 射線是波長(zhǎng)很短的電磁波.原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的過(guò)程叫衰變.
原子核是一個(gè)量子體系,核衰變是原子核自發(fā)產(chǎn)生的變化,是一個(gè)量子躍遷的過(guò)程,它服從量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.對(duì)任何一個(gè)放射性元素,它發(fā)生衰變的時(shí)刻是不可預(yù)告的,但對(duì)足夠多的同一種放射性元素的集合,作為一個(gè)集體,它的衰變規(guī)律是則是十分精確的.用N0表示初始時(shí)的原子核數(shù),經(jīng)t時(shí)間后衰變的原子核數(shù)為N,則有
N = N0 （1）
這就是放射性衰變服從的指數(shù)衰減規(guī)律,式中 代表一個(gè)原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率,稱為衰變常數(shù).
放射性元素衰變有一定的速率,我們把放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間叫半衰期T.即當(dāng)t = T時(shí),有 ,由（1）式可得
T=
或者寫(xiě)為
對(duì)某種確定的放射性元素,原子核發(fā)生衰變的時(shí)間有早也有晚,它們存在的時(shí)間不一樣.理論上常用平均壽命 來(lái)表示放射性元素在衰變前的平均生存時(shí)間,放射性元素的平均壽命可表示為
原子核放出射線后自身就發(fā)生衰變,在衰變過(guò)程中,質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)、能量、動(dòng)能是守恒的.根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)的守恒定律,可以判定衰變的產(chǎn)物；根據(jù)能量守恒定律,結(jié)合衰變前后粒子的質(zhì)量,可以求出衰變過(guò)程中所放出的能量.
（二）原子核的結(jié)合能與質(zhì)能方程
核子在結(jié)合成原子核時(shí),由于有強(qiáng)大的核力作用,必須釋放一定的能量.反之,將原子核分解成核子時(shí),則要吸收同樣多的能量,這個(gè)能量叫原子核的結(jié)合能.由于核子結(jié)合成原子核時(shí)放出了結(jié)合能,因此核的質(zhì)量跟組成它的核子的質(zhì)量比較起來(lái)就要小一些,設(shè)由Z個(gè)質(zhì)子、N個(gè)中子組成的原子核,其質(zhì)量為M,如果這Z個(gè)質(zhì)子,N個(gè)中子是分散的,總質(zhì)量應(yīng)為Z m p + N m n,則由分散到結(jié)合在一起質(zhì)量相差
這叫做原子核結(jié)合過(guò)程的質(zhì)量虧損.
由愛(ài)因斯坦的相地論的質(zhì)能方程有
E= m c2
這個(gè)方程表示物體的的能量增加 E,那么它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加 ,反之亦然.式中c為真空中的光速.
所以在原子核結(jié)合過(guò)程中,質(zhì)量虧損與能量變化的關(guān)系為
E= m c2
這就是原子核的結(jié)合能.原子核的結(jié)合能與其核子數(shù)之比叫每個(gè)核子的平均結(jié)合能.不同原子核的平均結(jié)合能不同,輕核和重核的平均結(jié)合能都較小,中等質(zhì)量數(shù)的原子核,平均結(jié)合能較大,質(zhì)量數(shù)為50—60的原子核平均結(jié)合能最大.
（三）核的裂變和聚變
1．重核的核子平均結(jié)合能比中等質(zhì)量的核的核子平均結(jié)合能小,因此重核分裂成中等質(zhì)量的核時(shí),會(huì)有一部分原子核結(jié)合能釋放出來(lái),這種核反應(yīng)叫裂變,如鈾核裂變.當(dāng)中子打擊鈾235后,應(yīng)形成處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核,復(fù)核裂變?yōu)橘|(zhì)量差不多相等的碎片,同時(shí)放出2—3個(gè)中子和原子核結(jié)合能
U+ n Xe + Sr + 2 n + 200Mev
這些中子如能再引起其它鈾核裂變,就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去,這種反應(yīng)叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng),釋放出大量的能量.原子彈、原子反應(yīng)堆等裝置就是利用U核裂變的原理制成的.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要不斷進(jìn)行下去的一個(gè)重要條件是每個(gè)核裂變時(shí)產(chǎn)生的中子數(shù)要在一個(gè)以上.
2．輕的原子核變成較重的原子核時(shí),也會(huì)釋放出更多的原子核結(jié)合能,這種輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫做聚變.如：
H+ H He + n + 17.6Mev
使核發(fā)生聚變,必須使它們接近到10-15米.一種辦法是把核加熱到很高溫度,使核的熱運(yùn)動(dòng)協(xié)能足夠大,能夠克服相互間的庫(kù)侖斥力,在互相碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度,因此,這種反應(yīng)又叫做熱核反應(yīng).氫彈是根據(jù)聚變的原理制成的.
玻爾理論公式
玻爾理論角動(dòng)量公式:L=mvr。
角動(dòng)量：
在這個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，，公式的推理，存在類似的物理問(wèn)題。在一個(gè)沒(méi)有摩擦的封閉軌道上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中，一個(gè)不受外力矩作用的運(yùn)動(dòng)物體將一直保持角動(dòng)量恒定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。角動(dòng)量的大小等于質(zhì)量、速度和軌道半徑的乘積，即：L=mvr.在玻爾模型中，如果一個(gè)電子從一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道，其角動(dòng)量的變化必須是h/2pai的整數(shù)倍。希望我的回答對(duì)你有幫助，歡迎采納我的回答，謝謝。
玻爾的三個(gè)理論
波爾理論的三個(gè)假設(shè)有：① 原子系統(tǒng)只能存在于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中（E1、E2、E3···），在這些狀態(tài)中，電子繞核作加速運(yùn)動(dòng)而不輻射能量，這種狀態(tài)稱這為原子系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)）②頻率條件：當(dāng)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí)，發(fā)出或吸收單色輻射的頻率滿足：
只有當(dāng)原子從一個(gè)較大的能量的穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到另一較低能量的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，才發(fā)射單色光，反之，當(dāng)原子在較低能量的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),吸收了一定光子能量就可躍遷到較大能量的穩(wěn)定狀態(tài)。③處于穩(wěn)定態(tài)中，電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量滿足角動(dòng)量量子化條件
假設(shè)1 是經(jīng)驗(yàn)性的，它解決了原子的穩(wěn)定性問(wèn)題；
假設(shè)2 是從普朗克量子假設(shè)引申來(lái)的，因此是合理的，它能解釋線光譜的起源。
假設(shè)3 表述的角動(dòng)量量子化原先是人為加進(jìn)去的，后來(lái)知道它可以從德布羅意假設(shè)得出；
玻爾定律公式
一定質(zhì)量的某種氣體，
在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。
這個(gè)結(jié)論是英國(guó)科學(xué)家玻意耳（1627-1691）和法國(guó)科學(xué)家馬略特（1620-1684）各自通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，叫做玻意耳定律。
玻爾理論創(chuàng)始人
原子能量的量子化假設(shè)、原子能級(jí)的躍遷假設(shè)和原子中電子運(yùn)動(dòng)軌道量子化假設(shè)。
玻爾理論是關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的一種理論，1913年由玻爾提出，是在盧瑟福原子模型基礎(chǔ)上加上普朗克的量子概念后建立的。玻爾理論包括三條假說(shuō)，分別是原子能量的量子化假設(shè)、原子能級(jí)的躍遷假設(shè)和原子中電子運(yùn)動(dòng)軌道量子化假設(shè)。
玻爾理論的要點(diǎn)：原子核外的電子只能在某些規(guī)定的軌道上繞轉(zhuǎn)，此時(shí)并不發(fā)光；電子從高能量的軌道跳到低能量的軌道時(shí)，原子發(fā)光。
意義
玻爾理論不但回答了氫原子穩(wěn)定存在的原因，而且還成功地解釋了氫原子和類氫原 子的光譜現(xiàn)象。氫原子在正常狀態(tài)時(shí)，核外電子處于能量最低的基態(tài)，在該狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的 電子既不吸收能量，也不放出能量，電子的能量不會(huì)減少，因而不會(huì)落到原子核上,原子不 會(huì)毀滅。
當(dāng)氫原子從外界獲得能量時(shí)，電子就會(huì)躍遷到能盤(pán)較高的激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的 電子不穩(wěn)定，就會(huì)自發(fā)地躍遷回能量較低的軌道，同時(shí)將能量以光的形式發(fā)射出來(lái)。
