氫原子光譜幻燈片

1、nn除了黑體輻射、光電效應(yīng)及康普頓散射外，經(jīng)典物理還在原子的結(jié)構(gòu)和原子光譜的譜線規(guī)律上, 遇到重大困難。1897年，人們發(fā)現(xiàn)了電子，并從實(shí)驗(yàn)中知道，電 子是所有原子的基本組成部分。在這之后，物理學(xué)的 中心問(wèn)題就是探索原子內(nèi)部的奧秘。原子發(fā)光是重要的原子現(xiàn)象之一，對(duì)原子光譜的 研究是了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要手段之一。原子結(jié)構(gòu)的探索關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)，人們提出各種不同的模型,經(jīng)公認(rèn)的是1911年盧瑟福在e粒子散射實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上 提出的核式結(jié)構(gòu)，即原子是由帶正電的原子核和核 外作軌道運(yùn)動(dòng)的電子組成。盧瑟福原子有核模型: 原子的中心是原子核，幾乎占有原子的 全部質(zhì)量，集中了原子中全部的正電荷。R 電子繞原子核旋

2、轉(zhuǎn)。I 原子核的體積比原子的體積小得多。、 原子半徑原子核半徑10 14 -10 15m3在，但還不知道原子核外電子的情況。原子核式結(jié)構(gòu)模型的建立，只肯定了原子核的存19世紀(jì)80年代，光譜學(xué)的發(fā)展，使人們意識(shí)到光譜規(guī)律實(shí)質(zhì)是顯示了原子內(nèi)在的機(jī)理。光譜是電磁輻射（不論是在可見(jiàn)光區(qū)域還是在不 可見(jiàn)光區(qū)域）的波長(zhǎng)成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時(shí)只 是波長(zhǎng)成分的記錄。光譜可分為三類：線狀光譜，帶狀光譜，連續(xù) 光譜。連續(xù)光譜是固體加熱時(shí)發(fā)出的，帶狀光譜是 分子所發(fā)出的，而線狀光譜是原子所發(fā)出的。每一種元素都有它自己特有的光譜線，原子譜 線“攜帶”著大量有關(guān)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)或原子能態(tài)變 化特色的“信息”。通過(guò)研究光

3、譜，就可以研究原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)原子光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)原子理論的正確性。4氫放電管23 kV光闌三棱鏡（或光柵）全息干板3011 則 5011 蝕 ? Inin記錄原子光譜原理示意圖5一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子是最簡(jiǎn)單的原子，其光譜也最簡(jiǎn)單。很早，人們就發(fā)現(xiàn)氫氣放電管獲得的氫原子光譜, 在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有四條譜線。Ha：紅色 656.210nm；Hp ；深綠 486.074nmHy：青色 434.010nm；Hs ；紫色 410.120nm金1885年瑞士數(shù)學(xué)家巴耳末把氫原子在可見(jiàn)光的譜 線歸納為巴耳末公式：巴爾末公式n22 = B ,( = 3,4,56 )n 22常數(shù)B = 364

4、.57nm6巴爾末公式_總(n = 3,4,5,6 )當(dāng) n=3, 4,5, 6,為四條可見(jiàn)光譜線碼、珥、眄、HsHa：紅色 656.2lOnm；Hy:青色 434.010nm；Hp :深綠 486.074nmHs ；紫色 410.120nm9, 10,為四條紫外部分譜線。氫原子巴爾末線系Ha Hr Hs H656.3486.3364.56nm金1890年瑞典物理學(xué)家里德伯提出了一個(gè)用波數(shù) 表示的氫原子光譜公式。2巴爾末公式2 =金1890年瑞典物理學(xué)家里箱1白提出了一個(gè)用波數(shù) 表示的氫原子光譜公式波數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)所包含的完整波形數(shù)目。11 n2-4V =2B n21 B22 兀4（令R =

5、為里德伯常數(shù)7? = 1.0967758xl07m1 B（11 A巴爾末公式 v = R -y兀=3,4,5,U n ）氫原子光譜的其它譜線，也先后被發(fā)現(xiàn)。一個(gè)在紫外區(qū)，由萊曼發(fā)現(xiàn)，還有三個(gè)在紅外區(qū)，分別 由帕邢、布喇開(kāi)、普方德發(fā)現(xiàn)。紫外萊曼系：y可見(jiàn)光巴爾末系：v = R紅外區(qū)：r帕邢系：V布喇開(kāi)系:普方德系:1n = 23綣n = 3,4,5,12n丿1初2n)12n丿n = 4,5,6,n = 5血7,n = 6/7島而是有內(nèi)在聯(lián)系的。v=R(-(廣義巴爾末公式)萊曼系巴爾末系布拉開(kāi)系氫原子光譜不是不相關(guān)的,表現(xiàn)在其波數(shù)可用一普遍公式來(lái)表示:式中=1，2,3n取從(m+1)開(kāi)始的正整數(shù)，

6、即=加+ 1，加+ 2,加+ 3,對(duì)應(yīng)一個(gè)m就構(gòu)成一個(gè)譜線系。每一譜線的波數(shù)都等于兩項(xiàng)的差數(shù)。10令:5)# )#v=Rm1n2有：v=T(m)-T(n) 氫原子光譜的規(guī)律：T(m),T(n)稱為光譜項(xiàng)。1) 光譜是線狀的，譜線有一定位置。這就是說(shuō)，譜 線有確定的波長(zhǎng)值，而且彼此是分立的。2) 譜線間有一定的關(guān)系，例如譜線構(gòu)成一個(gè)譜線系, 它們的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式表達(dá)出來(lái)，不同系的譜 線有些也有關(guān)系，例如有共同的光譜項(xiàng)。3) 每一譜線的波數(shù)都可以表達(dá)為二光譜項(xiàng)之差:v =T(m)-T(n)(里茲合并原理)任一條譜線的波數(shù)都等于該元素所固有的許多光 譜項(xiàng)中的兩項(xiàng)之差，這是里茲在1908年發(fā)現(xiàn)的。

7、11盧瑟福的原子有核模型的困難經(jīng)典電磁理論： 原子發(fā)射的光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜。 電子會(huì)落到原子核上。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：原子是穩(wěn)定的； 原子所發(fā)射的光譜是線狀的, 且具有一定的規(guī)律。#V1913年，玻爾在盧瑟福的有核模型的基礎(chǔ)上， 推廣了普朗克和愛(ài)因斯坦的量子概念，并引用到原 子中來(lái)。并結(jié)合原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，提出了關(guān)于 氫原子模型的三個(gè)假設(shè)，奠定了原子結(jié)構(gòu)的量子理 論基礎(chǔ)。為此他獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè):定態(tài)假設(shè)頻率條件假設(shè)量子化條件假設(shè)13二、玻爾的氫原子理論1、玻爾的基本假設(shè):1）定態(tài)假設(shè)：原子中的電子只能在一些特定的、半徑不連續(xù)的軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)，而不輻射電磁波，這時(shí)原子 處于穩(wěn)定狀態(tài)（簡(jiǎn)稱定態(tài)），并具有一定的能量。2）躍遷假設(shè)：當(dāng)原子中的電子從高能量的定態(tài)躍遷 到低能量Ek的定態(tài)時(shí)，原子會(huì)發(fā)射光子，其頻率V滿足 頻率躍遷公式：hv = En-Ek,3）量子化假設(shè):電子以速度。在半徑為r的圓周上繞核運(yùn)孕時(shí)，只有電子的角動(dòng)量厶等于加2兀的整數(shù)倍的那些 軌道才是穩(wěn)定的,即L = mur= nh!2兀（n =