原子物理學(xué)1-4

1、1玻爾的假設(shè)玻爾的假設(shè)( (1913年年) )hhnEmE能量僅與量能量僅與量子數(shù)子數(shù)n|mnEEhvhcEhcEcvvmn2)(nhcRnhcTEHn2e nnm r vn 22e204vemrrn=1,2,3.vBohr氫原子模型氫原子模型nvrme22204nemrenn=1,2,3.memae1022001053. 0420narn氫原子氫原子 第一軌道半徑第一軌道半徑基態(tài)時電子軌道半徑基態(tài)時電子軌道半徑玻爾半徑玻爾半徑3H原子的電子軌道原子的電子軌道nevn1402n=1,2,3.1371402cencvn精細結(jié)構(gòu)常數(shù)精細結(jié)構(gòu)常數(shù)4在原子核的質(zhì)量為無在原子核的質(zhì)量為無窮大的近似下窮大

2、的近似下rerevmEe02022421421222042)4(2nhemEenn=1,2,3.22221cmnen1時時 基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量基態(tài)能量 E1- -13.6eV靜止質(zhì)量靜止質(zhì)量 mec20.511106eVn2時時 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 2nhcREHnhcmRe221710)13(0973731534. 1 1mRH5H原子的能級圖原子的能級圖共振線共振線第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)間的躍遷輻射間的躍遷輻射67v玻爾理論對氫原子光譜的解釋玻爾理論對氫原子光譜的解釋( (1) )吸收光譜吸收光譜 原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，由于能級是量原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，

3、由于能級是量子化的，所以只吸收一些特定的能量。當(dāng)具有連續(xù)譜的子化的，所以只吸收一些特定的能量。當(dāng)具有連續(xù)譜的電磁輻射照在原子上時，只有一系列分立能量的光子被電磁輻射照在原子上時，只有一系列分立能量的光子被吸收，結(jié)果使得與這些光子相對應(yīng)的譜線從出射的輻射吸收，結(jié)果使得與這些光子相對應(yīng)的譜線從出射的輻射中減弱或消失。一般氫原子處于基態(tài)，由外界獲得能量中減弱或消失。一般氫原子處于基態(tài)，由外界獲得能量后，躍遷到后，躍遷到n較大的軌道，原子處于激發(fā)態(tài)。較大的軌道，原子處于激發(fā)態(tài)。( (2) )發(fā)射光譜發(fā)射光譜 處于激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到處于激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到n較小的軌道時，較小的軌道時，原子會將多余能量

4、以電磁輻射的形式放出，所發(fā)射的輻原子會將多余能量以電磁輻射的形式放出，所發(fā)射的輻射形成譜線系。射形成譜線系。8哥本哈根哥本哈根 ( (3) )連續(xù)譜連續(xù)譜 自由電子與氫離子結(jié)合，躍遷自由電子與氫離子結(jié)合，躍遷Em能級時，將釋能級時，將釋放能量放能量mev2/2-Em，由于自由電子的能量可以連續(xù)變化，由于自由電子的能量可以連續(xù)變化，于是光譜圖上出現(xiàn)了線系限外的連續(xù)譜，上述過程的逆于是光譜圖上出現(xiàn)了線系限外的連續(xù)譜，上述過程的逆過程也會發(fā)生，如果原子吸收的是電磁輻射，那么就是過程也會發(fā)生，如果原子吸收的是電磁輻射，那么就是原子的光電效應(yīng)。原子的光電效應(yīng)。9原子序數(shù)原子序數(shù)Z 化學(xué)價化學(xué)價Z- -1

5、HHHHH10Pickering, Edward Charles ( (1846-1919) )US astronomer 11221125 2,3, 7 2, 4,RkkHRRHHHHH122220242)4(2nhZemEenn=1,2,3.)11()4(2222132024212nnchZemhcEhcEve)11(4 2221nnRvHe)2/(12122nRvHe2Z41n.7 , 6 , 5n.2/7 , 3 , 2/52/ nk13rrr2121rmMrermrrMre21 eemMMm20222124rZermvrMVnmvrMVr2122204nZemren22204nZer

6、14rZerZemvMVE0202224214212122204nZer2220242)4(2 nhZeE2nhcREHnchZeRA320242)4(2 MmchZemee/11)4(2320242MmRe/1115例例1：如果氘和氫各自的如果氘和氫各自的H線的波長分別是線的波長分別是6561.01和和6562.80 ，試確定氘和氫的質(zhì)量比，試確定氘和氫的質(zhì)量比( (人們正是利用這類實驗發(fā)現(xiàn)了氘人們正是利用這類實驗發(fā)現(xiàn)了氘) )。解：解：)11(/1122nmMmRve3 2 nm因為是因為是H線線HeDeHDMmMm/1/1則有則有)/1 (HeDDHHeHHDMmMMMMm) 1(DHH

7、eDDHHeMMMmMMMMm16HHDeHDHmMMM12HDMM例例2：在氣體放電管中，一束能量為：在氣體放電管中，一束能量為10eV的電子和的電子和單原子氣體發(fā)生碰撞，發(fā)射出的輻射波長有：單原子氣體發(fā)生碰撞，發(fā)射出的輻射波長有：140.2nm，253.6nm和和313.2nm。其中。其中253.6nm的光的光譜較其它兩個成分強。請給出相應(yīng)的能級圖，并譜較其它兩個成分強。請給出相應(yīng)的能級圖，并給出到達陽極的電子的能量給出到達陽極的電子的能量。hcEEvmn1eVnmE)(1242解：解：17 =140.2nm E=8.84eV =253.6nm E=4.89eV =313.2nm E=3.

8、96eV4.89eV0 基態(tài)基態(tài)8.84eV253.6nm的譜線較強，說明可能相應(yīng)于原子獲取能量后，的譜線較強，說明可能相應(yīng)于原子獲取能量后，由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，再退激發(fā)而發(fā)出的輻射，它對由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，再退激發(fā)而發(fā)出的輻射，它對應(yīng)的能級間隔為應(yīng)的能級間隔為4.89eV。由此可推測。由此可推測8.84eV對應(yīng)于第二激對應(yīng)于第二激發(fā)態(tài)。發(fā)態(tài)。3.96eV幾乎正好等于這兩個激發(fā)態(tài)之間的能級差。幾乎正好等于這兩個激發(fā)態(tài)之間的能級差。( (1) )沒和原子發(fā)生非彈性碰撞的電子，能量仍為沒和原子發(fā)生非彈性碰撞的電子，能量仍為10eV。( (2) )和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)

9、，電和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，電子能量損失子能量損失4.89eV，所以到陽極的電子能量為，所以到陽極的電子能量為5.11eV。( (3) )和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第二激發(fā)態(tài)，電和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第二激發(fā)態(tài)，電子能量損失子能量損失8 8.84eV，所以到陽極的電子能量為，所以到陽極的電子能量為1.16eV。18194.9 eV1E2EEe4.9eV非彈性碰撞，電子損失能量，非彈性碰撞，電子損失能量，激發(fā)激發(fā)Hg原子原子Ee4.9eV彈性碰撞，電子幾乎不損失彈性碰撞，電子幾乎不損失能量能量電電子子經(jīng)經(jīng)過過n次次非非彈彈性性碰碰撞撞損損失失能能量量缺陷

10、：電子動能達到缺陷：電子動能達到4.9 eV便經(jīng)碰便經(jīng)碰撞失去能量，無法達到更高動能。撞失去能量，無法達到更高動能。U=n4.9V n=1、2、3.20原子能量量子化的另一證據(jù)：原子吸收電子能量的分立性原子能量量子化的另一證據(jù)：原子吸收電子能量的分立性21laws governing the impact of an electron upon an atom 哥廷根哥廷根 哈雷哈雷 22激發(fā)電勢：外來的電激發(fā)電勢：外來的電子在電場中加速后與子在電場中加速后與原子碰撞，而使原子原子碰撞，而使原子由基態(tài)激發(fā)到較高能由基態(tài)激發(fā)到較高能態(tài)，則電子加速時，態(tài)，則電子加速時，電場具有的電勢差，電場具有的電勢差，就稱為激發(fā)電勢。就稱為激發(fā)電勢。電離：使原子中的電電離：使原子中的電子脫離束縛而成為自子脫離束縛而成為自由電子的機制稱為電由電子的機制稱為電離。電離所需要的能離。電離所需要的能量稱為電離能。量稱為電離能。激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的電勢稱為第一激發(fā)電電勢稱為第一激發(fā)電勢，相應(yīng)的能量稱為勢，相應(yīng)的能量稱為第一激發(fā)能。第一激發(fā)能。23在原子范疇內(nèi)的現(xiàn)象與宏觀范圍內(nèi)的在原子范疇內(nèi)的現(xiàn)