原子发光的机理.docx

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1、§9-1原子光的机理我知道，当固体和气体加到很高温度，就会光，它是主要的人造光源，太阳和遥的星球，在高温等离子状，是宇宙中最卓越的光源，从最亮的星球上射出多和我在室里所察到的相同的光，一事直接明了我看到的来自宇宙的光，也同可以来自地球上某些化学元素，从气体分子，液体，和固体内部所出的光，在多方面和从个原子所的光相似。因此，我先要地介一下原子的光机理，然后再激光方面的。一、玻的原子模型了要从原子构出来明光的基本原理，首先介玻的原子模型。按照玻理，和原子是由量m、有荷e的个子和量M、有荷Ze的原子核所成的，子着原子核作周运vZeFemM(图9－1)（9-1），Z是原子序数，原子来Z

2、=1，子与原子核之的静吸引力，等于子原子核的向心力，因此mv2kZe2（9-1）rr2式中，r子与原子核的距离，即原子半径，v了核的速度，在S位制下，k1。40玻引用量子，提出了一个假，子的角量mvr，只能等于h的整数倍，即nh2mvr（9-2）2式中，h普朗克常数，等于6.6261761034Js,n称主量子数，可取正整数1、2、3、⋯。玻的个假，意味着了运的道不是任意的，而只能是一些量子化的道，把（9-1）式和（9-2）式立起来，可以解出玻模型中的和原子中子的道半径为rn2h2（9-3）42me2Zk并可得出子的道速度2e2Zk（9-4）vnh1式中n1,2,3,.图9-2

3、定性地描出了n1、2、3、4、5等五个圆轨道的相对大小，玻尔从理论上成功地算出了氢原子的大小交得出轨道之间的跃迁频率，这些理论计算值与已知的实验结果在一定程度上是符合的。二、能级图我们可以根据玻尔的这个假设算出电子在每一个玻尔轨道上的总能量，从经典的观点来讲，这具总能量是电子势能与动能之和，电子势能为EpkZe2r由（9-1）式得电子动能为Ek1mv2kZe222r所以电子总能量为EnEPEk22me4Z2k2（9-5）n2h2总能量是负的，表示要把电子从原子中移开必须对电子做功，这正是我们所预期的，（9-5）式是原子结构的一个重要方程，它给出了氢原子的能量，只要知道电子处于第

4、几个轨道，即知道n的数字，就可以根据（9-5）式求出它的总能量，也就是说n可用来表征能量的大小，n越大，能量就越大，而n大，表示电子所在的轨道半径大；n小，表示电子所在的轨道半径小r2r1v1r3v5v4v2v3n=1n=2r4r5n=3n=4n=5(图9－2)2（图9-2），习惯上，也可以画一条条水平线，用它的高低来代表能量的大小，这样的图形就称为能级图EnE5n能量n=5E4n=4E3n=3E2n=2吸收吸收发射E1n=1（图9－3）（图9-3），能量单位一般采用电子伏特（1eV1.6021019J）。三、原子发光的机理为了说明发光的机制，玻尔又作了另一个假定，他认为，

5、当电子在某一个固定的允许轨道上运动时，并不发射光子，当电子从一个能量较大的状态跳跃到另一个能量较小的状态时，电子的总能量发生变化，这部分能量的改变值，就以光子的形式辐射出来，反之，当电子从一个能量较小的状态跃迁到能量较大的状态时，它吸收光子。例如，从图9-3来看，我们用E1、E2、E3、E4、E5，分别代表n1,2,3,4,5时的能量，当电子从E1跃迁到E2时，它的能量增加了E2-E1，因此它必须吸收能量，若该能量是光子提供的，则相就原光子的能量为hv21E2E1，又如，如果电子从E5跳到E1，它的能量减少了E—E，因此它辐射出能量为hv的光子，且hv=E—E。51515151

6、量子力学处理的结果说明，一个原子、分子或离子可能具有的状态是很多的，每一个状态都具有特定的能量，在许多可能状态中，总有一个状态的能量最低，这个状态叫做基态，其它的状态，都具有比基态高的能量，叫做激发态，仍以图9-3为例，我们可以看到E1为基态，E2、E3、E4、E5为激发态。3