原子物理学第二章原子的能级和辐射ppt课件.ppt

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1、原子核式结构模型1911年1、原子稳定性问题2、原子线状光谱问题困难：原子由带原子全部正电荷，并几乎占有原子全部质量的微小中心核，以及绕核运行的电子所组成。2.1光谱---研究原子结构的重要手段1．光谱光谱（spectrum）电磁辐射的强度按波长（或频率）分布的记录光谱仪：光谱仪的组成：光源、分光器、记录仪将混合光按不同波长成分展开成光谱的仪器。光源分光器（棱镜或光栅）纪录仪（感光底片或光电纪录器）第二章原子的能级和辐射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谱线的波长、线宽和线形都携带了发光光源的大量信息按光谱结构

2、分类线光谱原子发光2．光谱分类连续光谱固体热辐射2.2氢原子的光谱实验规律一．氢原子光谱的线系1.巴尔末系H光谱的研究从1853年Angstron发现开始。1885年，已观察到14条谱线，巴尔末经验公式讨论：1)波长遵守巴耳末公式的这一系列谱线称为巴耳末线系2)波长间隔沿短波方向递减3)谱线系的线系限，谱线系中最短的波长线系限1889年里德伯用波数改写:氢原子的里德伯常数巴尔末线系限的波数：2.H原子光谱的其它线系紫外区赖曼系(1916)红外区帕邢系(1908)布拉开系(1922)普丰特系(1924)红外区红外区线系的一般表示：令：——光谱项每一谱线的波数都可表达

3、为二光谱项之差结论：（1）氢光谱中任何一条谱线的波数，都可以写成两个正整数决定的函数之差。（2）取m一定的值，n>m的不同正整数，可得到同一线系中各光谱线的波数值。（3）改变公式中的m值，就可得到不同的线系。广义的巴尔末公式解：由赖曼线系公式例2.1计算赖曼线系中波长最长的谱线和线系限对应的波长值赖曼线系波长最长的谱线相应于的情况因此线系限相应于的情况因此，赖曼线系谱线的波长值范围为1908年里兹发现：原子光谱中某两条谱线波数之和（或差）是另一条谱线的波数一定存在里兹组合原则即：若有（1）是离散的线状光谱，且谱线有确定的位置．（2）每条谱线都可写成两个光谱项之差．

4、(3)光谱线构成谱线系，系内各谱线之间和系与系之间有一定的关系．（4）谱线系有线系限，是谱线系中最短的波长，系限之外是连续的光谱区实验发现，这是所有原子光谱的共同特征．综上所述，氢原子光谱有如下规律：一、经典理论的困难2.3玻尔氢原子理论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．经典理论的困难!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!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

5、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！二、玻尔的基本假设氢原子光谱的经验公式：两边同乘：物理含义左边：为每次发射光子的能量；右边：也必为能量，应该是原子在辐射前后的能量之差原子的能量仍采用负值，则原子能量的一般表示：能量只与一个整数n有关能量只能取一定的分立值在某一状态上，无论电子有无加速度，其能量都是一定的定态再进一步能量量子化轨道半径r是量子化的分立的值rn角动量是量子化的。玻尔基本假设(1913年)(1)定态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。(2)频率条件吸收发射原子从一个定态跃迁

6、到另一个定态时，以电磁辐射形式吸收或发射能量。吸收吸收hn原子从一个定态到另一定态的变化是跳跃式的，称为跃迁光子频率：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。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电子的轨道半径只能是，，等玻尔半径的整数倍，即轨道半径是量子化的。得：电子的轨道运动速度精细结构常数：有用的组合常数：代入将2、量子化的速度即：氢原子能量只能取离散的值，称为能量的量

7、子化。3、量子化能量n=1对应能量最低的定态，称为基态。n≥2的状态称为氢原子的激发态。氢原子能级图激发态基态自由态基态（groundstate）激发态（excitedstate）电子脱离原子核束缚，成为自由电子，自由电子的能量可以连续变化，为连续能量区。电离能：将原子中的电子电离所需要的能量。对基态的H,电离能为13.6eV.结合能:自由电子与原子核结合成原子放出的能量（理论值）（实验值）4、实验验证——氢原子光谱代入将得令Z=1，与氢原子光谱的实验式比较令赖曼系巴耳末系帕邢系电子轨道氢原子能级赖曼系巴耳末系帕邢系5、非量子化轨道跃迁——连续谱的形成连续谱是由自

8、由电子与氢