原子光譜與分子光譜

原子光譜與分子光譜第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二氫放電管2~3kV光闌全息干板三棱鏡（或光柵）光源實(shí)驗(yàn)及氫原子的巴耳末線系照片第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二一氫原子光譜的規(guī)律性

1885年瑞士數(shù)學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子光譜可見光部分的規(guī)律1890年瑞典物理學(xué)家里德伯給出氫原子光譜公式波數(shù)里德伯常量

第一節(jié)氫原子的玻爾理論第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二萊曼系紫外巴爾末系可見光帕邢系布喇開系普芬德系漢弗萊系紅外第一節(jié)氫原子的玻爾理論第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二二玻爾的氫原子理論（1）經(jīng)典核模型的困難根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)的電子將不斷向外輻射電磁波.

+原子不斷地向外輻射能量，能量逐漸減小，電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率也逐漸改變，發(fā)射光譜應(yīng)是連續(xù)譜；由于原子總能量減小，電子將逐漸的接近原子核而后相遇，原子不穩(wěn)定.+第一節(jié)氫原子的玻爾理論第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）玻爾的三個(gè)假設(shè)

假設(shè)一電子在原子中，可以在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)而不輻射電磁波，這時(shí)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)），并具有一定的能量.量子化條件頻率條件

假設(shè)二電子以速度在半徑為的圓周上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有電子的角動(dòng)量

等于的整數(shù)倍的那些軌道是穩(wěn)定的.主量子數(shù)

假設(shè)三當(dāng)原子從高能量的定態(tài)躍遷到低能量的定態(tài)時(shí)，要發(fā)射頻率為的光子.第一節(jié)氫原子的玻爾理論第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二由假設(shè)2量子化條件由牛頓定律,玻爾半徑氫原子能級(jí)公式第

軌道電子總能量第一節(jié)氫原子的玻爾理論第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二（電離能）基態(tài)能量激發(fā)態(tài)能量

氫原子能級(jí)圖基態(tài)激發(fā)態(tài)自由態(tài)第一節(jié)氫原子的玻爾理論第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋氫原子能級(jí)躍遷與光譜系萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系（里德伯常量）

第一節(jié)氫原子的玻爾理論第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）正確地指出原子能級(jí)的存在（原子能量量子化）；（2）正確地指出定態(tài)和角動(dòng)量量子化的概念；（3）正確的解釋了氫原子及類氫離子光譜；四氫原子玻爾理論的意義和困難（4）無法解釋比氫原子更復(fù)雜的原子；（5）把微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的軌道是不正確的；（6）是半經(jīng)典半量子理論，存在邏輯上的缺點(diǎn)，即把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征.第一節(jié)氫原子的玻爾理論第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二一氫原子球坐標(biāo)的定態(tài)薛定諤方程第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.能量量子化與主量子數(shù)能量主量子數(shù)

n=1，2，3，……電子云電子在這些地方出現(xiàn)的概率最大電子云密度概率密度ψnlm2（r,θ,）

……玻爾氫原子理論中，電子的軌道位置第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.角動(dòng)量量子化與角量子數(shù)角量子數(shù)l=0，1，2，……,n-13.角動(dòng)量空間量子化與磁量子數(shù)電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量L的大小角動(dòng)量L的在外磁場(chǎng)方向Z的投影磁量子數(shù)ml=0,±1,±2,……,±l

第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二磁量子數(shù)ml=0,±1,±2L在Z方向的投影zL的大小例如l=2電子角動(dòng)量的大小及空間取向？z第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二

電子自旋角動(dòng)量大小

S

在外磁場(chǎng)方向的投影s—自旋量子數(shù)電子自旋角動(dòng)量在外磁場(chǎng)中的取向自旋磁量子數(shù)ms

取值個(gè)數(shù)為二.電子自旋(1925年烏倫貝克等)ms=±1/22s+1=2則

s=

1/2，第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二三.四個(gè)量子數(shù)（表征電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）1.主量子數(shù)n(1,2,3,……)2.副量子數(shù)l

(0，1，2，…….,n-1)3.磁量子數(shù)ml

(0，±1，±2，…….,±

l)4.自旋磁量子數(shù)ms

(1/2,-1/2)大體上決定了電子能量決定電子的軌道角動(dòng)量大小，對(duì)能量也有稍許影響。決定電子軌道角動(dòng)量空間取向決定電子自旋角動(dòng)量空間取向第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二例求解一群氫原子被外來單色光照射后發(fā)射的譜線中，在巴耳末系中只能觀察到3條譜線（1）外來光的波長(zhǎng)（2）外來單色光子的能量（3）除巴耳末系的3條譜線外還有幾條譜線(1)(2)(3)除巴耳末系還可能的譜線（共7條）第二節(jié)四個(gè)量子數(shù)第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四節(jié)分子光譜（自學(xué)）一、分子光譜分子譜線組成的一個(gè)個(gè)光譜帶，若干個(gè)光譜帶又歸并成一個(gè)光譜帶系，因此稱為帶狀光譜。1.轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)及其光譜2.振動(dòng)能級(jí)及其光譜二、分子能級(jí)第三節(jié)原子光譜（自學(xué)）第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二一自發(fā)輻射受激輻射1

自發(fā)輻射原子在沒有外界干預(yù)的情況下,電子會(huì)由處于激發(fā)態(tài)的高能級(jí)自動(dòng)躍遷到低能級(jí),這種躍遷稱為自發(fā)躍遷.由自發(fā)躍遷而引起的光輻射稱為自發(fā)輻射..發(fā)光前.。發(fā)光后自發(fā)輻射第五節(jié)激光第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2

光吸收原子吸收外來光子能量,并從低能級(jí)躍遷到高能級(jí),且,這個(gè)過程稱為光吸收.吸收后。.吸收前.受激吸收第五節(jié)激光第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二3

受激輻射由受激輻射得到的放大了的光是相干光,稱之為激光.原子中處于高能級(jí)的電子,會(huì)在外來光子(其頻率恰好滿足)的誘發(fā)下向低能級(jí)躍遷,并發(fā)出與外來光子一樣特征的光子,這叫受激輻射...。發(fā)光前發(fā)光后受激輻射的光放大示意圖第五節(jié)激光第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二二激光原理1

粒子數(shù)正常分布和粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)分布表明,處于低能級(jí)的電子數(shù)大于高能級(jí)的電子數(shù),這種分布叫做粒子數(shù)的正常分布.叫做粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn),簡(jiǎn)稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或稱布居反轉(zhuǎn).已知粒子數(shù)的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布...............。。。。。第五節(jié)激光第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二美國(guó)物理學(xué)家梅曼于1960年9月制成第一臺(tái)紅寶石固體激光器.從外界輸入能量（如光照,放電等）,把低能級(jí)上的原子激發(fā)到高能級(jí)上去,這個(gè)過程叫做激勵(lì)（也叫泵浦）.紅寶石中鉻離子能級(jí)示意圖..。?；鶓B(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)第五節(jié)激光第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2

光學(xué)諧振腔激光的形成光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)中往返傳播,使諧振腔內(nèi)的光子數(shù)不斷增加,從而獲得很強(qiáng)的光,這種現(xiàn)象叫做光振蕩.加強(qiáng)光須滿足駐波條件..........激光光束全反射鏡光學(xué)諧振腔示意圖部分透光反射鏡第五節(jié)激光第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二三激光器

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氦氖氣體激光器氦氖激光器全反射鏡部分反射鏡AK輸出的激光單色性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)．氦和氖的原子能級(jí)示意圖基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)氦氖632.8nm123第五節(jié)激光第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2

紅寶石激光器紅寶石激光器的工作物質(zhì)是棒狀紅寶石晶體，它發(fā)出的激光是脈沖激光，波長(zhǎng)為694.3nm.

。。

。全反射鏡半透射鏡紅寶石棒。脈沖燈紅寶石激光示意圖激光器發(fā)展的主要方面（1）擴(kuò)展了激光的波長(zhǎng)范圍.（2）激光的功率大大提高.（3）激光器已能實(shí)現(xiàn)小型化.第五節(jié)激光第二十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二