原子物理学第二章氢原子光谱课件.ppt

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1、3.氢原子光谱光谱获得或观察光谱的仪器光谱仪(1)光谱知识是电磁辐射的波长成分和强度分布的记录，有时只是波长成分的记录。是研究原子结构的重要途径之一。棱镜摄谱仪棱镜光谱仪示意图狭缝棱镜屏红蓝12光源准直仪接受装置（照相底片或显微镜）色散装置（棱镜或光栅）12拍摄氢光谱；铁光谱光谱种类连续光谱线状光谱吸收光谱：吸收光谱是材料在某一些频率上对电磁辐射的吸收所呈现的比率，与发射光谱相对。炽热的固体、液体或高压气体发出，具有各种波长成分。气态原子发出，只有某些波长，光谱由一条条清晰明亮的线组成。气体分子发出，谱线分段密集，形成一个个带。带状光谱连续光谱线状光谱太阳光谱钠的吸

2、收光谱NaHHgCu2．氢原子光谱1885年已观察到14条谱线Balmer经验公式1890年Rydberg经验公式光谱项波数*￥#赖曼（Lyman）系（紫外区）1916年巴耳末（Balmer）系（可见光区）1885年帕邢（Paschen）系（近红外区）1908年布喇开（Brackett）系（红外区）1922年普丰特（Pfund）系（远红外区）1924年分立线光谱波数可表示为两光谱项之差原子光谱特点：#§3．玻尔氢原子理论1．原子行星模型的困难原子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*#**电子在原子核的库仑场

3、中运动，所以电子的能量由动能和势能两部分组成电子的动能为若定义离原子核无穷远处为势能零点，即那么离原子核的距离为r的电子的势能为所以电子的总能量*光谱分立性困难电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。2．玻尔模型（1913年）背景：能量子和光子假设、核式模型、原子线光谱(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。电子绕核运动频率(3)角动量量子化假设电子定态轨道角动量满足量子化条件：根据上述三条基本假设，玻尔建立了他的原子模型，并成功地解释了氢光谱的实验事实。（2）频率条件当原子从一个能量为的定态跃迁

4、到另一能量为的定态时，就要发射或吸收一个频率为的光子。玻尔假设电子在特定的轨道上绕核作圆周运动,设核的电量为Ze(当Z=1时,就是氢原子).如果原子核是固定不动的,电子绕核作匀速圆周运动,那么由牛顿第二定律,电子所受库仑力恰好提供了它作圆周运动的向心力:即代入量子化条件解得3.新的规律-量子化我们引入则量子化的轨道半径为相应的轨道速率为,称为氢原子的第一玻尔半径;,称为氢原子的第一玻尔速度.令则当时电子的轨道半径与速率分别为称为精细结构常数.由于轨道半径r是量子化，所以相应的能量也必然是量子化的由波尔假设的频率条件我们可以可到即令代入数值，解得称为里德伯常数。4.氢原子的能

5、级和光谱激发态（excitedstate）赖曼系巴耳末系帕邢系能级（energylevel）电子轨道基态（groundstate）能谱：根据波尔理论，氢原子的光谱可以作如下的解释:氢原子在正常状态时，它的能级最小，电子位于最小的轨道，当原子吸收或放出一定的能量时，电子就会在不同的能级间跃迁，多余的能量便以光子的形式向外辐射，从而形成氢原子光谱。我们已经知道，所有的光谱线分为一系列线系，每个线系的谱线都从最大波长到最小波长（系线）；可是试验中观察到在系限之外还有连续变化的谱线。这是怎么回事呢？如果定义距核无穷远处的势能为0，那么位于r＝∞处的电子势能为0，但可具有任意的动能非

6、量子化的状态与连续光谱任意时刻总能量这时具有能量En，则相应两能级的能量差为：所以因为En是一定的，而v0是任意的，所以可以产生连续的λ值，对应连续的光谱，这就是各系限外出现连续谱的原因。当该电子被H+捕获并进入第n轨道时，§4．类氢离子的光谱核外只有一个电子的离子原子序数化学价He+，Li2+，Be3+，B4+，…1．毕克林线系1897年Pickering从星光中发现类巴尔末系Rydberg公式He+光谱毕克林系2.毕克林系与巴尔末系差不多重合的那些谱线，波长稍有差别，起初有人认为毕克林系是外星球上氢的光谱线。我们注意到：1.毕克林系中每隔一条谱线和巴尔末系的谱线差不多重

7、合，但另外还有一些谱线位于巴尔末系两邻近线之间；#2．玻尔类氢离子理论核电荷实验值波尔在1914年对此作了回答，在原子理论中假定氢核是静止的，而实际当电子绕核运动时，核不是固定不动的，而是与电子绕共同的质心运动。误差超过1/104（光谱测量精度）的原因：理论值忽略原子核的运动，相当于取核质量为无限大。第三节：光谱玻尔理论假定电子绕固定不动的核旋转，事实上，只有当核的质量无限大时才可以作这样的近似。而氢核只比电子重约一千八百多倍，这样的处理显然不够精确。实际情况是核与电子绕它们共同的质心运动。称为折合质量，那么运动方