原子物理學(xué)1-4

1、1玻爾的假設(shè)玻爾的假設(shè)( (1913年年) )hhnEmE能量?jī)H與量能量?jī)H與量子數(shù)子數(shù)n|mnEEhvhcEhcEcvvmn2)(nhcRnhcTEHn2e nnm r vn 22e204vemrrn=1,2,3.vBohr氫原子模型氫原子模型nvrme22204nemrenn=1,2,3.memae1022001053. 0420narn氫原子氫原子 第一軌道半徑第一軌道半徑基態(tài)時(shí)電子軌道半徑基態(tài)時(shí)電子軌道半徑玻爾半徑玻爾半徑3H原子的電子軌道原子的電子軌道nevn1402n=1,2,3.1371402cencvn精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)4在原子核的質(zhì)量為無(wú)在原子核的質(zhì)量為無(wú)窮大的近似下窮大

2、的近似下rerevmEe02022421421222042)4(2nhemEenn=1,2,3.22221cmnen1時(shí)時(shí) 基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量基態(tài)能量 E1- -13.6eV靜止質(zhì)量靜止質(zhì)量 mec20.511106eVn2時(shí)時(shí) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 2nhcREHnhcmRe221710)13(0973731534. 1 1mRH5H原子的能級(jí)圖原子的能級(jí)圖共振線共振線第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)間的躍遷輻射間的躍遷輻射67v玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋( (1) )吸收光譜吸收光譜 原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，由于能級(jí)是量原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，

3、由于能級(jí)是量子化的，所以只吸收一些特定的能量。當(dāng)具有連續(xù)譜的子化的，所以只吸收一些特定的能量。當(dāng)具有連續(xù)譜的電磁輻射照在原子上時(shí)，只有一系列分立能量的光子被電磁輻射照在原子上時(shí)，只有一系列分立能量的光子被吸收，結(jié)果使得與這些光子相對(duì)應(yīng)的譜線從出射的輻射吸收，結(jié)果使得與這些光子相對(duì)應(yīng)的譜線從出射的輻射中減弱或消失。一般氫原子處于基態(tài)，由外界獲得能量中減弱或消失。一般氫原子處于基態(tài)，由外界獲得能量后，躍遷到后，躍遷到n較大的軌道，原子處于激發(fā)態(tài)。較大的軌道，原子處于激發(fā)態(tài)。( (2) )發(fā)射光譜發(fā)射光譜 處于激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到處于激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到n較小的軌道時(shí)，較小的軌道時(shí)，原子會(huì)將多余能量

4、以電磁輻射的形式放出，所發(fā)射的輻原子會(huì)將多余能量以電磁輻射的形式放出，所發(fā)射的輻射形成譜線系。射形成譜線系。8哥本哈根哥本哈根 ( (3) )連續(xù)譜連續(xù)譜 自由電子與氫離子結(jié)合，躍遷自由電子與氫離子結(jié)合，躍遷Em能級(jí)時(shí)，將釋能級(jí)時(shí)，將釋放能量放能量mev2/2-Em，由于自由電子的能量可以連續(xù)變化，由于自由電子的能量可以連續(xù)變化，于是光譜圖上出現(xiàn)了線系限外的連續(xù)譜，上述過(guò)程的逆于是光譜圖上出現(xiàn)了線系限外的連續(xù)譜，上述過(guò)程的逆過(guò)程也會(huì)發(fā)生，如果原子吸收的是電磁輻射，那么就是過(guò)程也會(huì)發(fā)生，如果原子吸收的是電磁輻射，那么就是原子的光電效應(yīng)。原子的光電效應(yīng)。9原子序數(shù)原子序數(shù)Z 化學(xué)價(jià)化學(xué)價(jià)Z- -1

5、HHHHH10Pickering, Edward Charles ( (1846-1919) )US astronomer 11221125 2,3, 7 2, 4,RkkHRRHHHHH122220242)4(2nhZemEenn=1,2,3.)11()4(2222132024212nnchZemhcEhcEve)11(4 2221nnRvHe)2/(12122nRvHe2Z41n.7 , 6 , 5n.2/7 , 3 , 2/52/ nk13rrr2121rmMrermrrMre21 eemMMm20222124rZermvrMVnmvrMVr2122204nZemren22204nZer

6、14rZerZemvMVE0202224214212122204nZer2220242)4(2 nhZeE2nhcREHnchZeRA320242)4(2 MmchZemee/11)4(2320242MmRe/1115例例1：如果氘和氫各自的如果氘和氫各自的H線的波長(zhǎng)分別是線的波長(zhǎng)分別是6561.01和和6562.80 ，試確定氘和氫的質(zhì)量比，試確定氘和氫的質(zhì)量比( (人們正是利用這類(lèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了氘人們正是利用這類(lèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了氘) )。解：解：)11(/1122nmMmRve3 2 nm因?yàn)槭且驗(yàn)槭荋線線HeDeHDMmMm/1/1則有則有)/1 (HeDDHHeHHDMmMMMMm) 1(DHH

7、eDDHHeMMMmMMMMm16HHDeHDHmMMM12HDMM例例2：在氣體放電管中，一束能量為：在氣體放電管中，一束能量為10eV的電子和的電子和單原子氣體發(fā)生碰撞，發(fā)射出的輻射波長(zhǎng)有：?jiǎn)卧託怏w發(fā)生碰撞，發(fā)射出的輻射波長(zhǎng)有：140.2nm，253.6nm和和313.2nm。其中。其中253.6nm的光的光譜較其它兩個(gè)成分強(qiáng)。請(qǐng)給出相應(yīng)的能級(jí)圖，并譜較其它兩個(gè)成分強(qiáng)。請(qǐng)給出相應(yīng)的能級(jí)圖，并給出到達(dá)陽(yáng)極的電子的能量給出到達(dá)陽(yáng)極的電子的能量。hcEEvmn1eVnmE)(1242解：解：17 =140.2nm E=8.84eV =253.6nm E=4.89eV =313.2nm E=3.

8、96eV4.89eV0 基態(tài)基態(tài)8.84eV253.6nm的譜線較強(qiáng)，說(shuō)明可能相應(yīng)于原子獲取能量后，的譜線較強(qiáng)，說(shuō)明可能相應(yīng)于原子獲取能量后，由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，再退激發(fā)而發(fā)出的輻射，它對(duì)由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，再退激發(fā)而發(fā)出的輻射，它對(duì)應(yīng)的能級(jí)間隔為應(yīng)的能級(jí)間隔為4.89eV。由此可推測(cè)。由此可推測(cè)8.84eV對(duì)應(yīng)于第二激對(duì)應(yīng)于第二激發(fā)態(tài)。發(fā)態(tài)。3.96eV幾乎正好等于這兩個(gè)激發(fā)態(tài)之間的能級(jí)差。幾乎正好等于這兩個(gè)激發(fā)態(tài)之間的能級(jí)差。( (1) )沒(méi)和原子發(fā)生非彈性碰撞的電子，能量仍為沒(méi)和原子發(fā)生非彈性碰撞的電子，能量仍為10eV。( (2) )和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)

9、，電和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，電子能量損失子能量損失4.89eV，所以到陽(yáng)極的電子能量為，所以到陽(yáng)極的電子能量為5.11eV。( (3) )和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第二激發(fā)態(tài)，電和原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到第二激發(fā)態(tài)，電子能量損失子能量損失8 8.84eV，所以到陽(yáng)極的電子能量為，所以到陽(yáng)極的電子能量為1.16eV。18194.9 eV1E2EEe4.9eV非彈性碰撞，電子損失能量，非彈性碰撞，電子損失能量，激發(fā)激發(fā)Hg原子原子Ee4.9eV彈性碰撞，電子幾乎不損失彈性碰撞，電子幾乎不損失能量能量電電子子經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)n次次非非彈彈性性碰碰撞撞損損失失能能量量缺陷

10、：電子動(dòng)能達(dá)到缺陷：電子動(dòng)能達(dá)到4.9 eV便經(jīng)碰便經(jīng)碰撞失去能量，無(wú)法達(dá)到更高動(dòng)能。撞失去能量，無(wú)法達(dá)到更高動(dòng)能。U=n4.9V n=1、2、3.20原子能量量子化的另一證據(jù)：原子吸收電子能量的分立性原子能量量子化的另一證據(jù)：原子吸收電子能量的分立性21laws governing the impact of an electron upon an atom 哥廷根哥廷根 哈雷哈雷 22激發(fā)電勢(shì)：外來(lái)的電激發(fā)電勢(shì)：外來(lái)的電子在電場(chǎng)中加速后與子在電場(chǎng)中加速后與原子碰撞，而使原子原子碰撞，而使原子由基態(tài)激發(fā)到較高能由基態(tài)激發(fā)到較高能態(tài)，則電子加速時(shí)，態(tài)，則電子加速時(shí)，電場(chǎng)具有的電勢(shì)差，電場(chǎng)具有的電勢(shì)差，就稱(chēng)為激發(fā)電勢(shì)。就稱(chēng)為激發(fā)電勢(shì)。電離：使原子中的電電離：使原子中的電子脫離束縛而成為自子脫離束縛而成為自由電子的機(jī)制稱(chēng)為電由電子的機(jī)制稱(chēng)為電離。電離所需要的能離。電離所需要的能量稱(chēng)為電離能。量稱(chēng)為電離能。激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的電勢(shì)稱(chēng)為第一激發(fā)電電勢(shì)稱(chēng)為第一激發(fā)電勢(shì)，相應(yīng)的能量稱(chēng)為勢(shì)，相應(yīng)的能量稱(chēng)為第一激發(fā)能。第一激發(fā)能。23在原子范疇內(nèi)的現(xiàn)象與宏觀范圍內(nèi)的在原子范疇內(nèi)的現(xiàn)