第十六章量子物理基礎(chǔ)3-1ppt課件

1、16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際 1897年，年，Tomson在研討陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)電子，并確認(rèn)電在研討陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)電子，并確認(rèn)電子是原子的組成部分。子是原子的組成部分。 原子發(fā)光是原子的重要特征。不同原子所發(fā)光譜不同。原子發(fā)光是原子的重要特征。不同原子所發(fā)光譜不同。對(duì)原子光譜的研討是探求原子內(nèi)部構(gòu)造的一條重要途徑。對(duì)原子光譜的研討是探求原子內(nèi)部構(gòu)造的一條重要途徑。 光譜光譜 某元素電磁輻射的波長(zhǎng)的記錄。某元素電磁輻射的波長(zhǎng)的記錄。 線光譜：譜線分立。一條譜線對(duì)應(yīng)一確定的波長(zhǎng)。原子線光譜：譜線分立。一條譜線對(duì)應(yīng)一確定的波長(zhǎng)。原子 帶光譜：譜線分段密集。分子帶光譜：譜

2、線分段密集。分子 延續(xù)光譜：包括各種波長(zhǎng)。固體延續(xù)光譜：包括各種波長(zhǎng)。固體16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際一一. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律記錄氫原子光譜原理表示圖記錄氫原子光譜原理表示圖氫氫放放電電管管23 kV光闌光闌全息干板全息干板 三棱鏡三棱鏡或光柵或光柵光光 源源16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際221411()2Bn里德伯常數(shù)里德伯常數(shù) 17m101373097. 1HR k = 1 (n =2, 3, 4, ) 譜線系譜線系 萊曼系萊曼系 Lyman(2)Balmer總結(jié)的閱歷公式總結(jié)的閱歷公式 k = 2 (n = 3, 4, 5,

3、) 譜線系 巴耳末系Balmer(1) 分立、線狀光譜分立、線狀光譜(3)除可見光譜外，在紅外區(qū)和紫外區(qū)也察看到光譜系。除可見光譜外，在紅外區(qū)和紫外區(qū)也察看到光譜系。22111()HRkn k = 3 (n = 4, 5, 6, ) 譜線系 帕邢系Paschen(n k)16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際二二. 經(jīng)典實(shí)際的困難經(jīng)典實(shí)際的困難1911年，新西蘭物理、化學(xué)家盧瑟福提出原子的核式構(gòu)造。年，新西蘭物理、化學(xué)家盧瑟福提出原子的核式構(gòu)造。 發(fā)射的光譜應(yīng)是延續(xù)光譜；發(fā)射的光譜應(yīng)是延續(xù)光譜； 原子的核型構(gòu)造是個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)；原子的核型構(gòu)造是個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)；1913年，年僅

4、年，年僅28歲的玻歲的玻爾爾Niels Bohr，在盧，在盧瑟福核型構(gòu)造的根底上，瑟福核型構(gòu)造的根底上，發(fā)明性地把量子概念運(yùn)發(fā)明性地把量子概念運(yùn)用到原子系統(tǒng)，解釋了用到原子系統(tǒng)，解釋了近近30年的光譜之謎。年的光譜之謎。 玻爾在任務(wù)玻爾在任務(wù)玻爾玻爾 海森伯海森伯 泡利自左至右泡利自左至右16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際|knhEE2. 躍遷假設(shè)躍遷假設(shè)nkEE三三. 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際1. 定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)發(fā)射或吸收一個(gè)光子，頻率會(huì)發(fā)射或吸收一個(gè)光子，頻率穩(wěn)穩(wěn)定定形形狀狀 這些定態(tài)的能量不延續(xù)

5、這些定態(tài)的能量不延續(xù) 不輻射電磁波不輻射電磁波 電子作圓周運(yùn)動(dòng)電子作圓周運(yùn)動(dòng)v三條假設(shè)三條假設(shè)v16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際vr庫侖力提供向心力庫侖力提供向心力220241rermv2hnrmLv由上兩式得由上兩式得, 第第 n 個(gè)定態(tài)的軌道半徑為個(gè)定態(tài)的軌道半徑為 2202()1,2,3,nhrnnme3. 角動(dòng)量量子化假設(shè)角動(dòng)量量子化假設(shè) 1115.29 10 mr軌道角動(dòng)量軌道角動(dòng)量玻爾半徑玻爾半徑 H原子中電子的軌道半徑原子中電子的軌道半徑211,2,3,nrr nnr2=4r1r2=9r116.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際rn

6、kPEEE 定態(tài)能量定態(tài)能量在允許的軌道上具有的能量在允許的軌道上具有的能量v2201124nemrv4222018nmeEnh 222014nnemrrv2202()nhrnme2113.6eVnEn1, 2,3n 能量量子化能量量子化負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示e受原子束縛受原子束縛113.6eVE 基態(tài)能量基態(tài)能量最穩(wěn)定形狀最穩(wěn)定形狀1n 受激態(tài)受激態(tài)構(gòu)成能級(jí)構(gòu)成能級(jí)16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際En ( eV)氫氫原原子子能能級(jí)級(jí)圖圖 萊曼系萊曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布拉開系布拉開系-13.6-1.51-3.39021nEEnhEEknnk光頻光頻n = 1n

7、 = 2n = 3n = 4n = 5n = 616.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際闡明：闡明：1n越大，能量越大，能量En越大，而相鄰兩能級(jí)之差越大，而相鄰兩能級(jí)之差E越小。越小。n時(shí)時(shí)En0，e成為自在電子，不受核束縛游離態(tài)。成為自在電子，不受核束縛游離態(tài)。E0，能量趨于延續(xù)經(jīng)典實(shí)際。，能量趨于延續(xù)經(jīng)典實(shí)際。2電離能電離能 ：e從束縛態(tài)變成自在態(tài)所需最小能量從束縛態(tài)變成自在態(tài)所需最小能量 原子被電離：束縛的原子被電離：束縛的e釋放出來需吸收能量釋放出來需吸收能量 質(zhì)子和自在電子結(jié)合成一個(gè)基態(tài)質(zhì)子和自在電子結(jié)合成一個(gè)基態(tài)H原子：需釋放能原子：需釋放能量，即輻射電磁波或

8、發(fā)光。量，即輻射電磁波或發(fā)光。3用可見光照射出于基態(tài)的用可見光照射出于基態(tài)的H原子，原子，e能否電離？能否電離？3.1eVh紫16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際nknkhEE閱歷公式：閱歷公式：17m 108 775 096. 1實(shí)驗(yàn)HR當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得11()nkEEhc17m 101 373 097. 1理論HR其中計(jì)算得到其中計(jì)算得到 對(duì)里德伯常數(shù)的驗(yàn)證對(duì)里德伯常數(shù)的驗(yàn)證22111()HRkn實(shí)際公式實(shí)際公式42220218113.6nmeEnhn 12211()Ehc kn22理論11()HRkn16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子

9、實(shí)際四四 對(duì)玻爾實(shí)際的評(píng)價(jià)：對(duì)玻爾實(shí)際的評(píng)價(jià)：3. 是半經(jīng)典實(shí)際，仍保管了是半經(jīng)典實(shí)際，仍保管了“軌道軌道概念。概念。2. 定態(tài)假設(shè)和角動(dòng)量量子化條件都是對(duì)的，定態(tài)假設(shè)和角動(dòng)量量子化條件都是對(duì)的， 4. 頻率條件完全正確，不斷沿用至今。頻率條件完全正確，不斷沿用至今。但是是硬加上去的。但是是硬加上去的。1. 提出了原子能量量子化。提出了原子能量量子化。量子概念用到了原子構(gòu)造模型。量子概念用到了原子構(gòu)造模型。16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際解解:2 13.6eVh192 13.6 1.6 10h例：當(dāng)一個(gè)質(zhì)子俘獲一個(gè)動(dòng)能例：當(dāng)一個(gè)質(zhì)子俘獲一個(gè)動(dòng)能Ek=13.6eV的自

10、在電子組成一的自在電子組成一個(gè)基態(tài)氫原子時(shí)，所發(fā)出的單色光頻率是多少個(gè)基態(tài)氫原子時(shí)，所發(fā)出的單色光頻率是多少? (普朗克恒普朗克恒量量h=6.6310-34Js) n = 1 n = k156.56 10 hz質(zhì)子和電子組成一個(gè)氫原子質(zhì)子和電子組成一個(gè)氫原子組成前，它們的能量組成前，它們的能量組成后它們的能量組成后它們的能量原子從高能態(tài)原子從高能態(tài)低能態(tài)低能態(tài)是發(fā)光過程是發(fā)光過程兩能態(tài)之差決議了發(fā)光頻率兩能態(tài)之差決議了發(fā)光頻率EnEk00 13.6eV13.6eVpkEEE13.6eVE 16.4 氫原子光譜氫原子光譜 玻爾氫原子實(shí)際玻爾氫原子實(shí)際例：知電子的能量為例：知電子的能量為12.76 eV，去轟擊處于基態(tài)的，去轟擊處于基態(tài)的H原子，原子，H原子可躍遷到原子可躍遷到n=？的能級(jí)？的能級(jí)？H原子能夠輻射的光譜數(shù)目為原子能夠輻射的光譜數(shù)目為多少？多少？解：解：En ( eV)-13.6-1.51-3.39氫氫原原