《原子的能级辐射》PPT课件

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1、原子物理学主讲人：阎占元第二章原子的能级和辐射第二章原子的能级和辐射原子核外面的电子有什么性质？核外电子的状态和光谱有关系！2.1光谱---研究原子结构的重要手段1．光谱摄谱仪：把按波长展开后的光谱摄成相片的仪器光谱:各种波长的光的强度随波长或频率的分布情况光谱仪：将混合光按不同波长成分展开成光谱的仪器。棱镜光谱仪光栅光谱仪光源分光器（棱镜或光栅）纪录仪（感光底片或光电纪录器）2.1光谱---研究原子结构的重要手段按光谱结构分类连续光谱固体热辐射线光谱原子发光2．光谱的分类带光谱分子发光按光谱机制分类发射光谱样品光源分光器纪录仪吸收光谱连续光源样品分光器纪录仪光谱由物质内部运动决定，包含

2、内部结构信息2.2氢原子的光谱和原子光谱一．氢原子光谱的线系Balmer经验公式线系限1.巴尔末系到1885年，已观察到14条谱线（红外三个线系）帕邢系：布喇开系：普丰特系：2.2氢原子的光谱和原子光谱2.H原子光谱的其它线系（远紫外）赖曼系：这些经验公式是否反映了原子内部结构的规律性？？线系的一般表示：令：光谱项并合原则：1890年Rydberg用波数改写:氢原子的Rydberg常数线系限：2.2氢原子的光谱和原子光谱一、经典理论的困难1．经典理论（行星模型）对原子体系的描述库仑力提供电子绕核运动的向心力：原子体系的能量：电子轨道运动的频率：2.3玻尔氢原子理论2．经典理论的困难!原子

3、稳定性困难:电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径不断减小，最后落入核内，原子塌缩。原子寿命!光谱分立性困难:电子绕核运动频率电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。描述宏观物体运动规律的经典理论,不能随意地推广到原子这样的微观客体上。必须另辟蹊径！2.3玻尔氢原子理论二、玻尔的基本假设氢原子光谱的经验公式：两边同乘：右边为能量，应该是原子在辐射前后的能量之差原子能量的一般表示：初期量子理论：2.3玻尔氢原子理论玻尔基本假设(1913年)(1)定态（stationarystate）假设电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动，且不辐射电磁波，能量稳定。电子轨道和能量分立(2

4、)跃迁（transition）假设发射原子在不同定态之间跃迁，以电磁辐射形式吸收或发射能量。频率条件吸收hn2.3玻尔氢原子理论一个硬性的规定常常是在建立一个新理论开始时所必须的。(3)角动量量子化假设为保证定态假设中能量取不连续值，必须取不连续值，如何做到？玻尔认为：符合经典力学的一切可能轨道中，只有那些角动量为的整数倍的轨道才能实际存在。2.3玻尔氢原子理论三、关于氢原子的主要结果1、量子化轨道半径圆周运动：电子定态轨道角动量满足量子化条件：氢原子玻尔半径轨道量子化2.3玻尔氢原子理论电子的轨道运动速度：精细结构常数：2、量子化能量能量的数值是分立的，能量量子化2.3玻尔氢原子理论氢

5、原子能级图激发态基态自由态基态（groundstate）激发态（excitedstate）电离能：将一个基态电子电离至少需要的能量。对氢,13.59eV.2.3玻尔氢原子理论对氢原子（理论值）（实验值）3、氢原子光谱2.3玻尔氢原子理论赖曼系巴耳末系帕邢系电子轨道2.3玻尔氢原子理论4、非量子化轨道跃迁——连续谱的形成连续谱是由自由电子与氢离子结合形成氢原子时产生的光谱。俘获前：俘获后：电子处于氢原子某一能量状态，减少的能量以光子的形式辐射，频率连续分布,在线系限的短波方向。自由电子动能2.3玻尔氢原子理论2.4类氢离子及其光谱毕克林线系（1897年）1．类氢离子光谱He+，Li2+，B

6、e3+，B4+，…Pickering从星光中发现类巴耳末系类氢离子原子核外只有一个电子的离子，但原子核带有Z>1的正电荷，Z不同代表不同的类氢体系。实验值核电荷当m=4时，类氢离子光谱的正确解释，是玻尔理论被接受的一个关键问题。氢气中掺杂氦，就可以得到毕克林系谱线。这些谱线是He+发出的n=5,6,7,…..就得到毕克林系谱线Li2+，Be3+的谱线系先后被观测到2.4类氢离子及其光谱2．里德堡常数的变化质心速度不变质点1相对2的运动相当于固定2后质量为的质点的运动。原子核质量有限带来的修正毕克林系谱线为什么和巴耳末系谱线不重合？2.4类氢离子及其光谱类比以前的做法2.4类氢离子及其光谱

7、玻尔理论解释了原子光谱分立性和原子的稳定性TheNobelPrizeinPhysics1922forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthemN.Bohr(1885-1962)实验思想：电子与原子的碰撞非弹性碰撞：电子失去一部分或全部动能，转化为原子内部能量，使原子激发或电离。原子能级是分立的§2.5弗兰克－