49氢原子光谱

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1、15.3氢原子光谱和玻尔理论9/18/20211蒋红1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论的建立奠下了基石。1905年爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假设，为量子理论的发展打开了局面。1913年玻尔为了克服经典理论解释氢原子光谱实验规律的困难提出了原子的量子理论-------玻尔理论。9/18/20212蒋红经典物理在解释热辐射上的困难—普朗克能量子论1900年经典物理在解释光电效应上的困难—爱因斯坦光量子论1905年经典物理在解释氢光谱上的困难—玻尔氢原子理

2、论1913年旧量子论量子理论正是在解决这些科学实验同经典物理学的矛盾中逐步建立起来的。9/18/20213蒋红学习要点：氢光谱的实验规律经典物理遇到的困难玻尔氢原子理论及其对氢光谱实验规律的解释玻尔氢原子理论的意义和局限一、原子光谱原子光谱是研究原子结构和分析物质化学成分的重要依据。实验证明,不同元素的原子都发出各自的特征光谱。原子光谱的规律性反映了原子内部的有序结构,提供了原子内部结构的重要信息。9/18/20214蒋红氢原子光谱规律最简单而又明显,自然成为人们首选的研究目标。用光栅光谱仪观察低压氢气放电管发出的光可

3、得到氢原子光谱。线光谱:由若干分立谱线构成的光谱.如:氢原子的发射光谱为线光谱.带光谱:若光谱分段密集,形成一系列密度不等、波长范围不同的光带,称为带光谱.如:分子发射的光谱.连续谱:在整个波长范围内波长连续分布的光谱.如:白光光谱以及炽热的固体、液体或高压气体发射的光谱.656.3486.1434.0410.29/18/20215蒋红氢原子光谱实验与氢原子的发射光谱氢放电管2~3kV光阑感光底片三棱镜（或光栅）光源9/18/20216蒋红二.氢原子光谱氢原子光谱656.3486.1434.0410.2巴耳末公式：(1)9/1

4、8/20217蒋红(2)计算值：实验值：波数：这些值与实验结果吻合得很好.练习题:试根据(1)式和(2)式用R表示BH9/18/20218蒋红赖曼系（紫外光）帕邢系（红外光）布喇开系（红外光）普芳德系（红外光）巴耳末系（可见光）n,对应谱线系的线系限（波长最短的谱线）9/18/20219蒋红(n>m)结论：谱线的波数可以表示为两个光谱项之差。光谱项：里德伯表达式：(19世纪90年代)里德伯常量的近代测量值：自然数m用来确定线系，m一定，n=m+1,m+2….确定该线系中各谱线的波长。9/18/202110蒋红[例1]求巴耳

5、末线系的波长边界巴尔末系的所有谱线都包含在这些边界中[例2]巴尔末系n=3长波边界n=短波边界(线系限的波长)9/18/202111蒋红氢原子光谱的规律：氢原子光谱是线状谱，每条谱线都对应确定的波长。各谱线之间有一定的关系，构成若干谱线系.每一谱线系由一个公式表达，原子光谱是由若干线系组合而成。每一谱线系的频率都可以表达为两个光谱项之差的形式。光谱具有稳定性,与时间、地点无关。三、经典物理遇到的困难原子线状光谱的物理机制是什么?波数为什么有谱线系规律?光谱项的本质是什么?9/18/202112蒋红原子中带正电的物质，以均匀的体

6、密度分布在整个原子内，而电子则一粒一粒地分布在原子内的不同位置上.（该模型能定性地解释原子受激发光的现象，但不能解释具有特征谱线的原子线状光谱）为了回答这些问题,人们开始积极探索原子的结构,并尝试为原子的内部结构建立一模型.因而探索和研究在原子中电子和正电荷的分布，成为19世纪末、20世纪初物理学的重要研究课题之一.1903年，J.J.汤姆孙提出原子结构的“葡萄干蛋糕模型”：------J.J.汤姆孙的研究生卢瑟福为了验证导师汤姆孙模型，在卢瑟福的建议下，盖革和马斯登于1909年进行了α粒子的散射实验。实验结果与J.J.汤姆孙

7、模型的结论相反.9/18/202113蒋红粒子散射实验卢瑟福的原子核式模型：原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，占据整个原子的极小一部分空间，而电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕太阳转动一样。9/18/202114蒋红在粒子的散射实验中,带正电的粒子被一薄金箔散射.卢瑟福惊讶的发现一些粒子被金箔反向散射回来,他后来写到:“这几乎就如你用一15英寸的炮弹射向一张手纸结果它反回来击中了你一样的不可思议。”卢瑟福认为反向散射仅能发生在原子的正电荷都集中在比原子小得很多的一个很小的区域里的情况下,这个区域的线度要小于,比

8、的原子大小要小得多。9/18/202115蒋红1911年卢瑟福原子的有核模型（原子的行星模型）+按照1911年卢瑟福提出的原子的行星模型—电子绕原子核高速旋转.经典物理势必得出如下结论:9/18/202116蒋红2）原子光谱是连续光谱因电磁波频率r,而当电子因辐射而损失能