《氢原子光谱和玻尔的原子模型》教学

发现电子、原子核式结构、氢原子能级，普朗克量子论应用的三部曲。汤姆孙、卢瑟福、波尔师徒三人组对原子结构的认识不断趋于完善。

一．光谱：

每种原子都有其特征谱线，氢原子的光谱为分立谱。

经典电磁理论解释氢原子光谱的困难之处:核式结构解释了α粒子大角度散射，但无法解释原子的稳定性核原子光谱的分析性。太阳系模型的原子结构，电子绕原子核旋转时，会发射电磁波，这样导致原子光谱是连续的，同时由于电子旋转不断发射电磁波，会导致原子系统的动能和势能减少，电子就是不断降低旋转轨道的半径，最终会撞向原子核，也就是原子会塌缩，原子式不稳定的。这与实验中原子光谱的分立谱和原子的稳定性相矛盾。

二．波尔的原子理论：

为了解释原子光谱的分立性和原子的稳定性，波尔同样大胆借鉴了普朗克的量子概念思想，实际上是对经典和现代的一种妥协。

假定：

1.轨道量子化和定态：电子绕原子核旋转到轨道半径不是任意的，是满足一定条件的，和太阳系模型有很大不同。

。而且在这些特定的轨道上，原子是稳定的。n=1时是基态，n=2时是第一激发态，依次类推。

2.能量量子化:电子在特定的轨道上运动时，系统的电势能和动能也是量子化的。

3.跃迁理论:电子变轨时，从低到高需要吸收能量；从高到低需要释放能量，若都是依靠吸收或释放电磁波来完成变轨。则吸收或释放的电磁波能量必须恰好能与两能级之间的差值。

波尔理论的成功之处，对于氢原子光谱的解释与实验结合的相当完美，对于相对复杂的原子结构，则不大恰当。实质上，波尔的理论是一个半经典半现代的理论，保留了经典的轨道概念，同时借鉴了量子的思想。为原子结构的研究引入了新的思想，后续的研究表明，原子内部轨道的概念也纯属多余，电子不存在什么轨道，和经典的太阳系模型有很大的不同，所谓的轨道，仅是电子相对待得时间比较长得位置，电子在原子核外的位置是不确定的，但在某个位置的概率是相对确定的。形象化的称之为电子云。

波尔理论的意义，为原子结构的理论研究注入了新的血液，通过研究，为量子理论的发展起到了加速的作用，其本人还提出了量子力学中的互补原理，也成为了哥本哈根学派的领军人物。

写到最后，感觉波尔提出量子力学中重要的互补原理好像具有某种必然性，从刚开始对氢原子的解释中，不就可以看出是经典和现代的互补，不彻底抛弃传统，但勇于接受新的思想。这或许是一种人格特征，心中没有执念，与事实相符的理论就是相对正确的理论，从这一点上来说，能成为量子力学的领军人物，某种程度是一种必然，相比之下，伟大的爱因斯坦执念就比较重，这可能也是后来未在量子力学领域相对而言未再做出更大成果的原因。