氢原子光谱课件

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1、21.3氢原子光谱的实验规律玻尔理论1除了黑体辐射、光电效应及康普顿散射外，经典物理还在原子的结构和原子光谱的谱线规律上，遇到重大困难。1897年，人们发现了电子，并从实验中知道，电子是所有原子的基本组成部分。在这之后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘。原子发光是重要的原子现象之一，对原子光谱的研究是了解原子内部结构的重要手段之一。2原子结构的探索卢瑟福原子有核模型：①原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。②电子绕原子核旋转。③原子核的体积比原子的体积小得多。原子半径~10-10m，原子核半径10-14~10-15m关于原子的结构，人们提

2、出各种不同的模型，经公认的是1911年卢瑟福在粒子散射实验基础上提出的核式结构，即原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成。原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。3光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线“携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变化特色的“信息”。通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构

3、，并通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。19世纪80年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱规律实质是显示了原子内在的机理。4记录原子光谱原理示意图氢放电管2~3kV光阑全息干板三棱镜（或光栅）光源51885年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱线归纳为巴耳末公式：很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱，在可见光范围内有四条谱线。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。Ha：红色656.210nm；Hb；深绿486.074nmHg：青色434.010nm；Hd；紫色410.120nm常数巴尔末公式一、氢原子光谱的实验规律6氢原子巴尔末线系当n=3，4，5，6,为四条可

4、见光谱线H、H、H、H当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线。巴尔末公式Ha：红色656.210nm；Hb：深绿486.074nmHg：青色434.010nm；Hd；紫色410.120nm1890年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式。7波数：单位长度内所包含的完整波形数目。为里德伯常数令氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。一个在紫外区，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别由帕邢、布喇开、普方德发现。巴尔末公式1890年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式巴尔末公式8紫外莱曼系：可见光巴尔末系：红外区：帕邢系：布喇开系：普方德系：

5、9莱曼系巴尔末系帕邢系布拉开系普方德系氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：式中：n取从(m+1)开始的正整数，即对应一个m就构成一个谱线系。每一谱线的波数都等于两项的差数。（广义巴尔末公式）10令：有：称为光谱项。氢原子光谱的规律：1）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。2）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系，它们的波长可以用一个公式表达出来，不同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项。3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：（里兹合并原理）任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多

6、光谱项中的两项之差，这是里兹在1908年发现的。11②电子会落到原子核上。卢瑟福的原子有核模型的困难经典电磁理论：①原子发射的光谱应该是连续光谱。实验事实：原子是稳定的；原子所发射的光谱是线状的，且具有一定的规律。++121913年，玻尔在卢瑟福的有核模型的基础上，推广了普朗克和爱因斯坦的量子概念，并引用到原子中来。并结合原子光谱的实验规律，提出了关于氢原子模型的三个假设，奠定了原子结构的量子理论基础。为此他获得1922年诺贝尔物理学奖。玻尔的氢原子理论的三个重要假设：定态假设量子化条件假设频率条件假设132)跃迁假设：当原子中的电子从高能量的定态En跃迁到低能量Ek的定态时

7、，原子会发射光子，其频率满足频率跃迁公式：1、玻尔的基本假设:1)定态假设：原子中的电子只能在一些特定的、半径不连续的轨道上作圆周运动，而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（简称定态），并具有一定的能量。3)量子化假设:电子以速度υ在半径为r的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量L等于h/2的整数倍的那些轨道才是稳定的，即n为主量子数，上式叫量子化条件。二、玻尔的氢原子理论14氢原子中电子绕核作圆周运动，受核的库仑力充当向心力。由玻尔的假设3①②2、氢原子问题的处理1)氢原子电子的圆周轨道半径解①②得