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高中物理
第十五章 波粒二象性与原子结构
原子结构的量子力学模型
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更新:
2025-10-23 22:07
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原子结构的量子力学模型
玻尔理论虽然在当时取得了很大的成功,但在解释多电子(核外有两个以上电子)原子结构、原子发射光谱中某些谱线比其他谱线更亮、原子光谱谱线的分裂等问题时无能为力。 20 世纪 20 年代,对于物质波本质的讨论,使得物理学家对原子结构产生了新的认识,探索微观世界的理论体系——量子力学逐步建立起来。 ## 物质波的本质 德布罗意在提出实物粒子的波粒二象性时,利用物质波的波长公式和玻尔理论中的轨道量子化条件,计算了核外电子轨道所满足的条件 $$ 2 \pi r=n \lambda, n=1,2,3, \cdots $$ 式(1)表明,原子核外电子的稳定轨道周长必须等于电子物质波波长的正整数倍。如图 14-17 所示,当 $n$ 不满足上述要求时,相应的电子轨道是不稳定的。这时原子也不能形成玻尔模型所要求的定态。 {width=400px} 图 14–17 核外电子轨道周长与电子波长的关系 但是,德布罗意并没有给出物质波所满足的波动方程,因此无法知道物质波如何随时间变化。德布罗意的理论受到奥地利物理学家薛定谔(图 14–18)的极大关注。1926 年 1月,薛定谔建立了物质波的波动方程,这个著名的方程就是描述原子中电子运动的薛定谔方程。薛定谔方程的解称为波函数 Ψ,Ψ
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