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原子物理学中的量子力学和波恩近似量子力学是现代物理学中的重要分支，它描述了微观世界的行为规律。
在量子力学中，波恩近似是一种常用的近似方法，用于解决含有相互作用的多体问题。
本文将介绍量子力学的基本原理，并详细探讨波恩近似的应用。
量子力学是由一系列数学公式和原理构建而成的，它提供了一种描述微观粒子行为的框架。
其中最基本的原理是波粒二象性，即粒子既可以表现出粒子性，也可以表现出波动性。
这种二象性在实验中得到了充分的验证，例如双缝干涉实验中的光子干涉和电子干涉。
在量子力学中，波函数是描述粒子状态的数学函数。
波函数的平方表示了找到粒子在某个位置或状态上的概率。
根据薛定谔方程，波函数的演化可以通过时间演化算符进行描述。
这些数学工具使得我们可以计算出粒子在不同条件下的行为。
然而，当涉及到含有相互作用的多体问题时，精确求解波函数变得非常困难。
这时，波恩近似就成为了一种有效的方法。
波恩近似是一种近似处理相互作用问题的方法，它将相互作用视为微扰，并通过级数展开来近似求解波函数。
波恩近似的核心思想是将系统分解为一个已知的非相互作用系统和一个微扰项。
对于已知的非相互作用系统，我们可以求解出其精确的波函数。
而微扰项可以看作是相互作用的影响，通过级数展开的方法，我们可以逐步考虑这些微扰项，从而得到近似的波函数。
波恩近似的应用范围非常广泛。
例如，在原子物理学中，我们可以将原子看作是一个核心和一些电子组成的系统。
在波恩近似下，我们可以将核心视为非相互作用的系统，而电子之间的相互作用则被视为微扰项。
通过波恩近似，我们可以解决包括电子-电子相互作用在内的多电子原子的问题。
除了原子物理学，波恩近似还被广泛应用于凝聚态物理学中的电子系统和声子系统等。
在这些系统中，相互作用的微扰项可能包括电子-电子相互作用、电子-声子相互作用等。
通过波恩近似，我们可以近似求解这些系统的波函数和能级结构。
尽管波恩近似在解决含有相互作用的多体问题中非常有用，但它也有其局限性。
原子物理学中的波尔理论分析原子物理学是研究原子和原子核的性质及相互作用的学科。
在这个学科中，波尔理论是一个重要的理论框架，我们可以通过对波尔理论的分析来深入理解原子的结构和性质。
波尔理论是由丹麦物理学家尼尔斯·波尔于1913年提出的。
该理论形成了原子的量子理论的基础，它解释了原子的谱线以及电子在原子内的分布和运动方式。
波尔理论的核心观点是：原子具有一系列能量级，电子只能处于这些能量级中的某一个。
这些能量级之间的跃迁导致了谱线的产生，从而提供了关于原子性质的重要信息。
波尔理论基于天体物理学思想和经典电磁学，但同时也引入了量子概念，为后来量子力学的发展奠定了基础。
首先，波尔理论揭示了电子在原子内的轨道运动。
根据波尔理论，电子绕原子核运动的轨道可以看作是固定的，且每个轨道对应一个特定的能量。
这些能量级被称为能级，而电子只能占据这些能级中的一个。
由于电子在这些轨道上的稳定运动，波尔理论解释了为什么原子不会因为电子的运动而自我崩溃。
其次，波尔理论解释了原子光谱的发现。
根据波尔理论，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或者释放一个光子。
这个光子的能量与跃迁前后的能级差有关，从而在光谱上产生特定的谱线。
通过对这些谱线的观察和分析，科学家们能够确定原子的结构和成分，这对于研究宇宙的起源和进化过程具有重要意义。
此外，波尔理论也为量子力学的发展提供了重要线索。
波尔理论中引入了一个重要的假设，即电子只能占据一定的能级，而不能处于连续的能量状态。
这个假设为量子化的概念奠定了基础，随后量子力学正式建立起来。
波尔理论的核心思想在一定程度上解决了经典电磁学无法解释的问题，从而为量子力学的发展打下了基础。
综上所述，波尔理论在原子物理学中具有重要的地位和意义。
它不仅解释了原子谱线的产生和结构的特点，还为量子力学的发展提供了重要线索。
通过对波尔理论的深入分析，我们可以更好地理解原子的行为和性质，为原子物理学的研究提供有力的支持。
原子物理学中的玻尔模型与量子力学在原子物理学的发展历程中，玻尔模型和量子力学是两个重要的理论框架。
玻尔模型是早期对原子结构的描述，而量子力学则是更为精确和全面的理论。
本文将从历史、原理和应用等方面探讨玻尔模型和量子力学的关系。
一、玻尔模型的历史与原理玻尔模型是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的。
当时，原子结构的研究还处于初级阶段，科学家们对原子的内部组成和行为知之甚少。
玻尔通过对氢原子光谱的实验观察，提出了一种新的原子结构模型。
玻尔模型的核心思想是，原子由一个重心核和围绕核运动的电子组成。
电子在不同的轨道上运动，并且只能处于特定的能量状态。
这些能量状态被称为能级，电子在能级之间跃迁时会吸收或释放特定频率的光子。
玻尔模型的成功在于解释了氢原子光谱的特点，尤其是巴尔末系列线的出现。
它为后来的量子力学奠定了基础，并为原子物理学的发展提供了重要的启示。
二、量子力学的兴起与发展随着原子物理学的发展，科学家们逐渐发现玻尔模型存在一些局限性。
例如，它无法解释更复杂的原子结构和光谱现象。
为了更准确地描述原子行为，量子力学应运而生。
量子力学是20世纪20年代以来的一项重大科学成就。
它的基本原理是波粒二象性，即微观粒子既表现出粒子性质又表现出波动性质。
量子力学通过波函数描述粒子的状态，并使用算符来描述物理量的测量和演化。
量子力学的发展为原子物理学带来了巨大的进步。
它不仅能够解释原子光谱的细节，还能够描述原子的能级分布、电子云的形状和原子核的性质等。
量子力学的成功也为其他领域的研究提供了理论基础，如固体物理学、化学和生物学等。
三、玻尔模型与量子力学的关系尽管玻尔模型在原子物理学的发展中扮演了重要角色，但它仍然是一种近似的描述。
相比之下，量子力学是一种更为精确和全面的理论。
玻尔模型中的轨道概念被量子力学中的波函数所取代，而能级的离散性则由量子力学的能级分析所解释。
然而，玻尔模型仍然有其独特的应用价值。
量子力学的基本概念与玻尔模型量子力学是描述微观粒子行为的物理学理论，它揭示了微观世界的奇妙现象和基本规律。
本文将介绍量子力学的基本概念，并重点讨论玻尔模型对于解释原子结构和光谱现象的贡献。
一、量子力学的基本概念量子力学是基于观察实验结果而发展起来的。
在经典物理学无法解释一些实验现象时，科学家们开始尝试用量子力学来解释这些现象。
以下是量子力学的几个基本概念：1. 波粒二象性根据量子力学，光既可以表现为粒子（光子），也可以表现为波动现象。
这种粒子和波动的二重性被称为波粒二象性，是量子力学的一大突破。
2. 不确定性原理不确定性原理是量子力学的核心原则之一，由海森堡提出。
它指出，在同时测定一个粒子的位置和动量时，我们无法同时得到它们的准确值。
这意味着，对于微观粒子，我们无法准确预测其运动状态。
3. 波函数与量子态波函数是量子力学中描述粒子性质的数学函数。
它包含了粒子的位置、动量和能量等信息。
波函数的平方值给出了找到粒子处于某个位置的概率。
二、玻尔模型玻尔模型是量子力学发展初期的一个重要模型，用于解释原子结构和光谱现象。
它由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出。
1. 玻尔原子模型玻尔原子模型是基于量子化假设的。
它假设原子的电子只能存在于特定能级上，并且电子在不同能级之间跃迁时会吸收或释放能量。
这种能级的量子化形式为电子提供了一个稳定的轨道。
2. 波尔理论的应用玻尔模型的一个重要应用是解释原子的光谱现象。
根据模型，当电子由较高能级跃迁至较低能级时，会释放出特定频率的光子，形成光谱线。
通过观察光谱线的频率和能级差值，我们可以推断出原子的能级分布。
三、结论与展望量子力学的基本概念和玻尔模型为我们理解微观世界的行为奠定了重要基础。
虽然玻尔模型在解释更复杂的原子结构时存在局限性，但它为后续的量子力学研究提供了启示。
未来，随着科学技术的不断发展，量子力学的研究将不断深入。
人们相信，通过对量子力学的进一步探索，我们可以更好地理解微观粒子行为，并在应用领域取得更多突破。
原子的玻尔模型与量子力学的统一解释在物理学的发展历程中，原子的结构一直是一个引人注目的课题。
早期的原子模型由丹麦物理学家玻尔提出，他的模型成功地解释了氢原子的光谱现象，但也暴露出一些困扰。
随后，量子力学的发展为原子结构的研究提供了新的解释，但仍然存在一些问题。
本文将探讨原子的玻尔模型与量子力学的统一解释。
玻尔模型是基于经典物理学的思想，将原子看作一个太阳系，电子绕着原子核作圆周运动。
根据经典力学的定律，电子应该不断辐射能量，从而导致轨道的缩小，最终电子会坠入原子核。
然而，实验观测到的事实却与此相悖，原子并没有崩溃。
这个问题被称为“紫外灾难”，它暗示着玻尔模型的不完善。
为了解决这个问题，量子力学的发展成为必然选择。
量子力学是一种描述微观世界的理论，它引入了概率的概念，认为粒子的性质不能被准确预测，只能给出一定的概率分布。
在量子力学中，电子被看作是一种波粒二象性的粒子，它的运动状态由波函数描述。
波函数的平方值表示电子在不同位置的概率分布。
量子力学提供了对原子结构的新的解释。
根据量子力学的理论，电子在原子中并不是按照经典力学的方式运动，而是处于一种模糊的状态，即所谓的“叠加态”。
这种叠加态表示电子在多个可能的位置上同时存在，直到被观测到时才会坍缩到一个确定的位置。
通过量子力学的解释，我们可以理解为什么原子不会崩溃。
电子的叠加态使得其不会不断辐射能量，因为辐射能量需要电子处于确定的位置上。
这种随机性的特性使得原子能够稳定存在，并且解释了玻尔模型中的紫外灾难。
然而，尽管量子力学提供了对原子结构的合理解释，它仍然存在一些问题。
其中之一是量子力学无法解释电子的具体轨道，而只能给出概率分布。
这导致了一些物理学家对量子力学的完整性产生了质疑。
他们认为，量子力学只是一种描述现象的有效理论，而不是对真实世界的完整描述。
为了解决这个问题，一些学者提出了不同的理论，试图统一玻尔模型和量子力学。
其中一个重要的尝试是引入了隐变量理论，认为电子在运动过程中存在一些隐藏的变量，决定了它的具体轨道。
原子物理学中的玻尔模型与量子力学模型对比分析在原子物理学的发展历程中，玻尔模型和量子力学模型是两个重要的理论框架。
它们分别在不同的时期对原子结构和行为进行了解释和描述。
本文将对这两种模型进行对比分析，探讨它们的异同点以及在实践应用中的优缺点。
玻尔模型是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的。
该模型基于经典物理学的思想，将原子看作是一个核心和绕核心旋转的电子组成的系统。
根据经典力学的原理，电子在绕核心运动时会受到向心力的作用，从而保持稳定的轨道。
根据玻尔模型，电子只能在特定的轨道上运动，并具有固定的能量。
当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会吸收或释放特定的能量，这解释了光谱线的产生。
然而，随着实验数据的积累和科学技术的进步，玻尔模型逐渐暴露出一些无法解释的问题。
例如，根据玻尔模型，电子在轨道上的运动应该是连续的，但实验观测到的光谱线却是离散的。
此外，玻尔模型无法解释电子自旋、电子云等现象，也无法解释复杂原子中的电子排布。
因此，玻尔模型逐渐被量子力学模型所取代。
量子力学模型是20世纪20年代发展起来的一种新的物理学理论。
该模型基于量子力学的原理，将电子视为一种既具有粒子性又具有波动性的粒子。
根据量子力学的波函数理论，电子的位置和能量并非确定的，而是存在一定的概率分布。
量子力学模型通过波函数描述了电子在原子中的可能位置和能量状态。
波函数的平方模值表示了电子在不同位置的概率密度。
相较于玻尔模型，量子力学模型更加完善和准确。
它能够解释光谱线的离散性、电子自旋、电子云等现象，并且能够应用于复杂原子和分子体系的研究。
量子力学模型还引入了一系列的算符和波函数的数学形式，通过求解薛定谔方程来得到电子的能量和波函数。
这为计算原子和分子的性质提供了理论基础。
然而，量子力学模型也存在一些限制和挑战。
首先，量子力学模型的数学形式相对复杂，需要借助高级数学工具进行求解。
其次，量子力学模型对于大尺度和高速度的物体描述不准确，需要引入相对论修正。
第20卷 第2期太原教育学院学报V o l.20N o.2 2002年6月JOURNAL OF TA I YUAN INSTITUTE OF EDUCATI ON Jun.2002如何看待《原子物理学》中的玻尔理论与量子力学赵秀琴1, 贺兴建2(1.太原师范学院,山西太原030031;2.太原市教育学院,山西太原030001)摘 要:《原子物理学》在物理学的教育和学习中有着特殊的地位,特别是量子论建立初期的知识体系,是物理学获得知识、组织知识和运用知识的典范,通过量子论建立过程的物理定律、公式后面的思想和方法的教学,使学生在原子物理的学习过程中掌握物理学的思想和方法。
关键词:原子物理学;玻尔理论;量子力学中图分类号:O562 文献标识码:A 文章编号:100828601(2002)022*******《原子物理学》在物理学的教育和学习中有着特殊的地位,特别是量子论建立的初期知识体系,是物理学获得知识、组织知识和运用知识的典范,通过不断地提出经典物理无法解决的问题,提出假设、建立模型来解释并提出新的结论和预言,再用新的实验检验、修改或推翻,让学生掌握这种常规物理学的发展模式和过程。
通过量子论的建立过程的物理定律、公式后面的思想和方法的教学,使学生在原子物理的学习过程中掌握物理学(特别是近代物理学)的思想和方法。
一、玻尔理论的创立19世纪末到20世纪初,物理学的观察和实验已开始深入到物质的微观领域。
在解释某些物理现象,如黑体辐射、光电效应、原子光谱、固体比热等时,经典物理概念遇到了困难,出现了危机。
为了克服经典概念的局限性,人们被迫在经典概念的基础上引入与经典概念完全不同的量子化概念,从而部分地解决了所面临的困难。
最先是由普朗克引入了对连续的经典力学量进行特设量子化假设。
玻尔引入了原子定态概念与角动量量子化规则取得了很大的成果,预言了未激发原子的大小,对它的数量级作出了正确的预言。
它给出了氢原子辐射的已知全部谱线的公式,它与概括了发射谱线实验事实的经验公式完全一致。
量子力学中的玻尔模型分析量子力学是物理学的一个重要分支，研究微观粒子的性质和行为规律。
在量子力学的发展历程中，玻尔模型是一个具有重大影响的里程碑。
玻尔模型是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在20世纪早期提出的，它为解释氢原子光谱线的发射规律提供了一个简单而直观的模型。
玻尔通过假设电子在特定的轨道上运动，并且只能处于某些特定的能级上，使得能量的变化量为一定值。
这种模型对于描述氢原子光谱线的波长和强度提供了定量预测，并且与实验结果十分吻合，这一点为玻尔模型的成功奠定了基础。
然而，虽然玻尔模型在解释氢原子光谱线等方面具有良好的效果，但它也存在一定的局限性。
首先，玻尔模型无法解释其他原子的光谱线，因为其他原子有多个电子，电子之间的相互作用使得能级结构更加复杂。
其次，玻尔模型忽略了波动性，即电子在轨道上的运动被视为经典的粒子运动，而忽略了电子的波动性质。
为了解决这些问题，量子力学的理论发展逐渐完善了玻尔模型。
根据量子力学的基本原理，电子不再被看作经典的粒子，而是具有波粒二象性的粒子。
根据德布罗意的波粒二象性假设，电子具有波动性质，并且其波函数描述了其可能的位置和动量状态。
量子力学引入了概率的概念，通过波函数的幅度平方来描述电子出现在某一位置的可能性。
而电子在轨道上的运动被描述为一种“驻波”，即波函数的振幅在某些位置上为零，反映了电子在这些位置上几乎不可能出现的特点。
这种波动性质是经典力学所无法解释的，正是量子力学的重要特征。
在量子力学中，电子的能级也被描述为量子化的能量，其中每个能级对应于一定的电子状态。
而电子的能量在不同能级之间的跃迁，对应于原子光谱线的发射和吸收。
这种量子化的能级和跃迁过程与玻尔模型中的概念是一致的，但量子力学完善了对电子行为的理解，使得其适用范围更广。
总结来说，玻尔模型是量子力学发展过程中的一个重要里程碑，它为解释氢原子光谱线提供了简单直观的模型，并且与实验结果吻合。
但玻尔模型也存在局限性，无法解释其他原子的光谱线和电子的波动性。
玻尔原子模型与量子力学描述的比较当我们谈论原子结构时，玻尔原子模型和量子力学描述是两个经常被提及的理论。
虽然这两个理论在描述原子行为方面有明显的差异，但它们都为我们建立了一个相对完整的物质世界的图景。
本文将探讨玻尔原子模型和量子力学描述的比较，以及它们对我们理解原子及其行为的贡献。
首先，让我们来看看玻尔原子模型，这是早期对原子结构的最早尝试。
玻尔模型是在19世纪末和20世纪初提出的，它的核心观点是电子只能在特定能级上存在，而且只有在吸收或发射能量的情况下才能跃迁到另一个能级。
在这个模型中，原子被认为是像太阳系一样的构造，核心是原子核，而电子绕核心以特定的轨道运动。
尽管玻尔原子模型提供了对原子行为的初步解释，但随着实验的发展，人们发现它存在一些缺陷。
其中一个问题是玻尔模型无法解释电子为什么会在特定的能级上停留，而不会坠入原子核。
为了解决这个问题，量子力学描述成为了在20世纪20年代发展起来的新理论。
量子力学描述原子结构的基本原则是波粒二象性和不确定性原理。
根据量子力学，电子的行为不再被轨道和特定位置所描述，而是通过波函数来描绘。
波函数是一个数学函数，它描述了电子的能量、动量和位置等方面的概率分布。
与玻尔原子模型相比，量子力学描述了更精确的原子行为，并提供了一种更全面的解释。
它成功地解释了电子在原子轨道中的存在概率，以及在电磁波作用下受到能量的吸收和发射的过程。
此外，量子力学还解释了许多玻尔模型无法解释的现象，例如原子光谱和电子自旋。
光谱是一种通过测量原子发射或吸收光的波长来研究原子结构的方法。
根据玻尔模型，只有特定波长的光才能被原子吸收或产生，而量子力学则能够更好地解释这个现象，通过相关的波函数描述了能级之间的跃迁。
另一个量子力学的重要概念是电子自旋。
在玻尔模型中，电子被看作一个粒子，没有具体的内部自由度。
但根据量子力学，电子具有一个量子数称为自旋，并且能够自旋向上或向下。
这个概念不仅被广泛应用于原子结构的解释，也在核物理和粒子物理学中有重要的意义。
浅谈玻尔对量子力学建立的贡献在现代科学发展史上，量子力学的创立，标志着现代物理学大厦基本构造完成。
它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构,性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。
在这一理论创立过程中，当时一大批世界一流的天才物理学家为此立下汗马功劳。
他们之中，又以海森伯、薛定谔、泡利、波恩、狄拉克等人的工作最为杰出、他们被视为量子力学的创始人。
玻尔在这方面著述不多，他没有被正式列为这一伟大理论的创始人。
但玻尔对量子力学的贡献，与上述这些人相比毫不逊色，甚至更为巨大。
如果将哥本哈根理论物理研究所比做一个大熔炉的话，量子力学理论就是在这座熔炉中锻造出来的，玻尔在哥本哈根这个学术集体中，就像一个指引着大家向既定目标前进的统帅，或者说是“哥本哈根乐团”的总指挥。
哥本哈根理论物理研究所是由玻尔于1921年3月倡导成立的，研究所成立的最初目的是重建被战争中断的国际性科学合作。
它曾在量子理论尤其是量子力学方面的研究中作出了杰出的贡献，在玻尔的领导下，很快成为当时国际物理学的三大研究中心之一，被许多物理学家誉为“物理学界的朝拜圣地”和量子力学的诞生地。
研究所积极倡导科学上的国际合作，一些世界著名的物理学家都曾在这里工作、学习或讲学、访问，其中在这里长期工作过的有荷兰的克喇末、匈牙利的赫维赛，做过较长时间停留的有德国的海森伯、瑞典的克莱因、挪威的罗瑟兰等，短期访问过的有德国物理学家帕邢和玻恩、泡利、索末菲，奥地利的薛定谔、英国人理查森、以及美国的斯莱特等等。
几十年来，哥本哈根理论物理研究所培养了600多名外国学者，其中很多人成为世界著名的科学家，获得诺贝尔奖金的就有1O人以上。
研究所已成了一所学校，成了培育世界各国物理实验室和研究所的未来指挥员的一个苗圃。
玻尔不仅建立了一个中心，而且哺育它成长，对其他国家发展物理学研究产生了显著的影响。
这一事实本身就是一个了不起的成就，足以与他对物理学发展的直接贡献的重要性相提并论。
第20卷 第2期太原教育学院学报V o l.20N o.2 2002年6月JOURNAL OF TA I YUAN INSTITUTE OF EDUCATI ON Jun.2002如何看待《原子物理学》中的玻尔理论与量子力学赵秀琴1, 贺兴建2(1.太原师范学院,山西太原030031;2.太原市教育学院,山西太原030001)摘 要:《原子物理学》在物理学的教育和学习中有着特殊的地位,特别是量子论建立初期的知识体系,是物理学获得知识、组织知识和运用知识的典范,通过量子论建立过程的物理定律、公式后面的思想和方法的教学,使学生在原子物理的学习过程中掌握物理学的思想和方法。
关键词:原子物理学;玻尔理论;量子力学中图分类号:O562 文献标识码:A 文章编号:100828601(2002)022*******《原子物理学》在物理学的教育和学习中有着特殊的地位,特别是量子论建立的初期知识体系,是物理学获得知识、组织知识和运用知识的典范,通过不断地提出经典物理无法解决的问题,提出假设、建立模型来解释并提出新的结论和预言,再用新的实验检验、修改或推翻,让学生掌握这种常规物理学的发展模式和过程。
通过量子论的建立过程的物理定律、公式后面的思想和方法的教学,使学生在原子物理的学习过程中掌握物理学(特别是近代物理学)的思想和方法。
一、玻尔理论的创立19世纪末到20世纪初,物理学的观察和实验已开始深入到物质的微观领域。
在解释某些物理现象,如黑体辐射、光电效应、原子光谱、固体比热等时,经典物理概念遇到了困难,出现了危机。
为了克服经典概念的局限性,人们被迫在经典概念的基础上引入与经典概念完全不同的量子化概念,从而部分地解决了所面临的困难。
最先是由普朗克引入了对连续的经典力学量进行特设量子化假设。
玻尔引入了原子定态概念与角动量量子化规则取得了很大的成果,预言了未激发原子的大小,对它的数量级作出了正确的预言。
它给出了氢原子辐射的已知全部谱线的公式,它与概括了发射谱线实验事实的经验公式完全一致。
同时,它还包括那些在建立理论时尚未知的谱线,它用几个物理量解释了里德伯经验常数。
它向我们提供了一个形象化的系统(尽管有点冒险),并且对与发射有关的事件建立了一种物理秩序。
玻尔模型把量子理论推广到原子上,一方面给普朗克的原子能量量子化的思想提供了物理根据,另一方面也解决了经典物理学回答不了的电子轨道的稳定性问题。
收稿日期:2001206212作者简介:赵秀琴(1966-),女,山西太原人,太原师范学院讲师,教育学硕士。
赵秀琴,贺兴建:如何看待《原子物理学》中的玻尔理论与量子力学 玻尔并不是根据几个基本假设用逻辑推理方法得出他的电子轨道理论的,尽管这一理论后来仍采用了这种方法,但是他也不是从实验数据归纳出他的发现,尽管他依据的是他要解释的已知的一般现象,关键的步骤是他假设了辐射的频率是两个轨道上旋转频率的平均值,并且定义了量子数n,这些都是在量子理论处于模糊时期作出的飞跃,它只能靠今后的研究成果来证实。
到1920年已建立了原子结构的壳层模型。
玻尔模型至少定性地解释了元素的化学性质。
玻尔理论及其后来的修正还可以解决很多问题,像射线谱的精确波长(即莫塞莱解释的线)、在不同实验条件下线状光谱在表现上的差别、观察到谱线的相对强度等等。
具体到原子物理方面,玻尔理论只能成功地解释单电子原子的问题,对于和单电子原子类似的碱金属(如锂、钠、钾等)原子只能提出一些近似的理论,而对于只有两个核外电子的氦原子和一般的多电子原子,玻尔理论就无能为力了。
推广玻尔理论的初步尝试,虽然普朗克、威尔逊和石原都没有得到具体成果,但他们的努力对量子论的发展起到了促进作用。
索末菲全面推广了玻尔理论,其开创的用相对论处理原子问题的方法,后来又经过许多人的研究,有所进展,但仍存在许多障碍,靠修补是无济于事的。
二、量子力学的建立人们不再寻求对经典物理学的修正方案,而是去探求一种新的力学理论——量子力学。
玻尔的理论起到了由经典物理通往微观系统的新力学的过渡理论桥梁作用。
玻尔理论当中不仅含有新力学的某些重要信息,而且直接指出了走向新力学的道路。
1925年德国年轻的物理学家海森伯(W.H eisenberg)正是通过玻尔的对应原理这一桥梁,最终达到了微观系统的新力学——矩阵力学。
从此,人们认识微观系统的历史揭开了崭新的一页。
1926年,薛定谔建立波动力学,1927年海森堡提出测不准原理。
物理学最终突破了经典的概念框架,建立起量子力学的概念体系。
三、玻尔理论与量子力学的联系玻尔的概念中值得提出的有四个,这些概念已经成为近代量子力学的一部分。
1.定态的概念。
玻尔假设原子中的电子可以以不同的运动状态存在,每个运动状态是分立的,并由某个固定的能量来表征,这样的状态称为定态(注意:在某个定态中,电子本身并不是不动的。
)定态概念的一个推论是:在原子中的能量是量子化的变量,限于取某些分立的数值(量子化的能量)。
2.量子跃迁的概念(辐射是突然的,而不是逐渐的)。
一个决定性的概念,辐射频率不等于振动频率。
量子力学使计算跃迁几率,那个曾使卢瑟福困扰的问题成为可能。
但这些跃迁,或量子跳跃,仍然像玻尔感觉的那样不能使其形象化,而且任一特定跃迁几乎无法预言。
3.亚微观的能量守恒。
4.对应原理。
是经典世界和量子世界不可缺少的桥梁(经典极限的概念)。
在氢原子理论中,玻尔假设,当跃迁发生在能量、振动频率和其它性质都相差极小的两个邻近定态之间时,经典力学应能近似正确地描述原子跃迁,通过对应原理,他能够掌握神秘的量子跃迁,并使新的未知与旧的熟悉连接起来。
太原教育学院学报2002年第2期(总第57期) 量子力学理论体系是关于算符对应于物理观察量的假设,这些算符的本征值,是处于确定量子状态的系统的观察量的本征值,系统的量子态用态矢表示,而态矢遵从薛定谔运动方程。
量子力学建立以后,立刻被应用于各个领域,它解决了诸如氢原子、原子结构、超导体、半导体等问题。
开创了原子物理学、原子核物理学、凝聚态物理学等一系列应用学科。
1928年狄拉克(P.A.M.D irac)把量子力学的概念和相对论的概念结合起来,开创了相对量子力学的领域。
四、对玻尔理论的评价玻尔理论最直接、最明显的成就当然是能很好地解释氢原子和类氢体系的光谱现象,如氢的同位素氘、氚,类氢离子,电子偶素以及奇特原子等。
仲氢元素就是由这种谱线的同位素位素位移而被发现。
然而,它的意义要比这深远得多。
玻尔的定态假设、跃迁频率条件以及能量、角动量量子化等结论的应用,已远远超出了氢原子的范围。
它们对于整个原子乃至原子核、粒子能微观客体也都适用,使对于微观世界的认识前进了一大步。
玻尔理论对量子力学的建立以及整个近代物理的发展,都起了不可磨灭的作用,它是引导人们从经典过渡到量子的桥梁。
从实际应用来看,由于这个理论有着直观、明晰的物理图象,因而即使对于一些复杂的问题也常常用它先作初步的、定性的处理,得到一些数量级的概念。
然后,再作近一步较精确的计算。
对于玻尔理论应该有正确的评价,既不能认为已经过时而弃之不用,又不能把它绝对化而到处套用。
玻尔的对应原理不仅在玻尔建立原子理论时起了极为关键的作用,而且在量子力学的建立和发展上亦起了很重要的作用。
对应原理是物理学发展中的一个重要原理。
五、原子物理学中的玻尔理论和量子力学根据《原子物理学》在教学中的地位,是属于普通物理部分。
长期以来,如何安排原子物理教材内容以及从怎样的起点开始,一直是物理工作者争议的问题。
一种是着重对物理图像和定性的半经典理论的处理,一种是尽可能地用量子力学的方法来揭示微观世界的本质。
作为描述微观体系的量子力学,有着它完整的理论体系。
因量子力学比以往的理论要抽象得多,而且数学知识也比较多,对于初学者来说,它的概念不是一下子就容易接受的,而玻尔理论在某种程度上对新理论提供直观的图像和概念性基础。
因此,如何用普通物理的方法去讲量子力学基本概念和结论,是广大教师的艰巨的任务,而系统地讲授量子力学,并不是原子物理课程的任务。
原子物理学中的“量子力学基础”,只是简要地介绍了一些量子力学的基本概念和处理问题的方法。
这些基本概念和重要结论,有利于对原子、分子、原子核和粒子等客体的研究和理解,不可能用量子力学原理和方法来处理原子物理学的所有问题,而只是为了一方面尽可能完善原子结构的量子理论,另一方面为量子力学打下基础。
量子力学能够给出原子、分子等微观粒子更准确的描述,玻尔理论的作用在于做定性的、近似的描述,量子力学原则上能给出较准确的结果。
因此,量子力学是当前处理微观体系问题的主要理论工具。
以量子力学基本概念为原子物理学的主要材料,但不能过多地引入量子力学的章节,以免冲淡原子物理的内容。
而是从比较简单的薛定谔理论开始,把经典和旧量赵秀琴,贺兴建:如何看待《原子物理学》中的玻尔理论与量子力学子理论的内容做适当的压缩。
同时注意经典理论、玻尔理论与量子力学的联系和区别,从而掌握量子力学的基本概念和结论,对学好原子物理是有意义的。
参考文献:〔1〕〔美〕K.W.FORD.经典和近代物理学〔M〕.北京:高等教育出版社出版,1983.〔2〕甄长荫,陈熙谋,胡镜寰.《原子物理学》学习指南〔M〕北京:高等教育出版社出版,1993.How to Trea t Bohr Theory and Quan tu m M echan ics i n A to m ic PhysicsZHAO X iu2qin1,H E X ing2jian2(1.T aiyuan T eachers Co llege,T aiyuan030031,Ch ina;2.T aiyuan Educati onalInstitute,T aiyuan030001,Ch ina)Abstract:In atom ic physical textbook there are tw o system s to teach atom ic physics.O ne is based on the Boh r theo ry,the o ther is based on quantum m echanic.Each has its m erit.It is i m po rtant and necessaryto m ake students learn and m aster the basic idea and m ethod in learning atom ic physics.Key W ords:atom ic physics;quantum m echanic;Boh rπs theo ry(上接14页)制度。
”①这充分说明,陈独秀深知均富思想的深厚影响力对中国经济发展和社会主义宣传的双重危害性,提醒人们注意划分均富主义与社会主义的界限。
