《氢原子光谱解析》doc版

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1、氢原子光谱解析玻尔的原子理论是建立在三个基本假设的基础上：(1)原子系统只能具有一系列的不连续的能量状态，在这些状态中，电子虽然作加速运动但不辐射电磁能量。这些状态叫做原子的定态，相应的能量分别为E1，E2，E3……（E1＜E2＜E3＜……）这就是所谓的定态假设。(2)当原子从一个具有较大能量E2的定态跃迁到另一个能量较低的定态E1时，它辐射出具有一定频率的光子，光子的能量为hv=E2—E1这一假设确定了原子发光的频率——它就是频率假设。(3)原子的不同能量状态和电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，电子的可能轨道的分布也是不连续的，只有

2、当轨道的半径r与电子的动量P的乘积（即为动量矩）等于h/2π的整数倍，轨道才是可能的。即根据玻尔的第二个假设，原子系统中电子从较高能级Wn，跃迁到较低能级Wk时，发出单色光，其频率为其波数为电子在量子数为n的轨道上运动时，其原子系统的总能量Wn等于电子的动因为与能级Wk和Wn相应的量子数分别为k和n所以有由玻尔假设而推出的上式，当k为2时，与氢原子光谱巴耳末系的里德伯公式完全相同，且R的理论值可由式算出，结果R=1.097373×107〔米〕-1，此值与经验公式中的R的实验值十分符合。故上式也为里德伯恒量提供了理论解释。根据玻尔理论，氢

3、原子光谱的产生可解释如下：由式可知，n越大，原子系统Wn的绝对值越小，但代数值越大，亦即电子离核越远，原子能量越大。电子在第一轨道亦即最内层轨道（n=1）时，能量最小，原子最为稳定，这种状态便是基态。量子数n大于1的各个状态，其能量均大于基态能量，这些状态都是激发态。当原子由基态跃迁到受激态时，原子必须吸收一定的能量。例如原子受到辐射的照射或高能粒子的撞击等，这时电子可由第一轨道跃迁到量子数较高的轨道上运动。处于受激状态的原子一般在10-8秒内自发地跃迁到能量较低的受激态或基态，在跃迁过程中，将发射一个一定频率的光子，其波数由决定。由此

4、可看出，巴耳末谱系是当氢原子中的电子从不同的较外层的轨道，跃迁到第二轨道时所发射的谱线。当电子跃迁到第一轨道时，应发出谱系：跃迁到第三轨道时应发出的谱系：而跃迁到第四第五轨道时应发出的谱系：两谱系。这些谱系，的确都在氢原子光谱中观察到，而且有些还是在玻尔理论发表以后先从理论上计算出来，然后才通过实验找到的。在k＝1时所表示的谱系在光谱的远紫外部分，称为赖曼系。k=3所表示的谱系在红外部分，称为帕邢系。k=4和k=5所表示的谱系也都在红外范围，分别称为布喇开系和普芳德系。在某一瞬时，一个氢原子只能发射一个一定频率的光子，这一频率相应于一条

5、谱线，不同的受激氢原子才能发射不同的谱线。实验中观察到的是大量不同受激状态的原子所发射光的组合，所以能观察到大量的谱线。