氫原子光譜課件

1、關于氫原子光譜1第一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2除了黑體輻射、光電效應及康普頓散射外，經典物理還在原子的結構和原子光譜的譜線規(guī)律上，遇到重大困難。1897年，人們發(fā)現(xiàn)了電子，并從實驗中知道，電子是所有原子的基本組成部分。在這之后，物理學的中心問題就是探索原子內部的奧秘。原子發(fā)光是重要的原子現(xiàn)象之一，對原子光譜的研究是了解原子內部結構的重要手段之一。第二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3原子結構的探索 盧瑟福原子有核模型： 原子的中心是原子核，幾乎占有原子的全部質量，集中了原子中全部的正電荷。 電子繞原子核旋轉。 原子核的體積比原子的體積小得多。原子半徑10-10m，原

2、子核半徑10-14 10-15m 關于原子的結構，人們提出各種不同的模型，經公認的是1911年盧瑟福在 粒子散射實驗基礎上提出的核式結構，即原子是由帶正電的原子核和核外作軌道運動的電子組成。 原子核式結構模型的建立，只肯定了原子核的存在，但還不知道原子核外電子的情況。第三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4 光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。 光譜可分為三類：線狀光譜，帶狀光譜，連續(xù)光譜。連續(xù)光譜是固體加熱時發(fā)出的，帶狀光譜是分子所發(fā)出的，而線狀光譜是原子所發(fā)出的。 每一種元素都有它自己特有的光譜線，原子譜線“攜帶

3、”著大量有關原子內部結構或原子能態(tài)變化特色的“信息”。 通過研究光譜，就可以研究原子內部的結構，并通過原子光譜的實驗數據來檢驗原子理論的正確性。19世紀80年代，光譜學的發(fā)展，使人們意識到光譜規(guī)律實質是顯示了原子內在的機理。第四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5記錄原子光譜原理示意圖氫放電管23 kV光闌全息干板 三棱鏡（或光柵）光 源第五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6 1885 年瑞士數學家巴耳末把氫原子在可見光的譜線歸納為巴耳末公式： 很早，人們就發(fā)現(xiàn)氫氣放電管獲得的氫原子光譜，在可見光范圍內有四條譜線。氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。Ha： 紅色 656.2

4、10nm； Hb ；深綠 486.074nmHg ： 青色 434.010nm； Hd ；紫色 410.120nm常數 巴爾末公式一、氫原子光譜的實驗規(guī)律第六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7氫原子巴爾末線系當 n=3，4，5，6,為四條可見光譜線H、H、H、H 當n=7，8，9，10，為四條紫外部分譜線。巴爾末公式Ha： 紅色 656.210nm； Hb ：深綠 486.074nmHg ： 青色 434.010nm； Hd ；紫色 410.120nm 1890 年瑞典物理學家里德伯提出了一個用波數表示的氫原子光譜公式。第七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月8波數：單位長度內

5、所包含的完整波形數目。為里德伯常數令 氫原子光譜的其它譜線，也先后被發(fā)現(xiàn)。一個在紫外區(qū)，由萊曼發(fā)現(xiàn)，還有三個在紅外區(qū)，分別由帕邢、布喇開、普方德發(fā)現(xiàn)。巴爾末公式 1890 年瑞典物理學家里德伯提出了一個用波數表示的氫原子光譜公式巴爾末公式第八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月9紫外 萊曼系： 可見光 巴爾末系：紅外區(qū)：帕邢系：布喇開系：普方德系：第九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月10萊曼系巴爾末系帕邢系布拉開系普方德系 氫原子光譜不是不相關的，而是有內在聯(lián)系的。表現(xiàn)在其波數可用一普遍公式來表示：式中：n取從(m+1)開始的正整數，即對應一個m就構成一個譜線系。每一譜線的波數

6、都等于兩項的差數。（廣義巴爾末公式）第十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月11令：有：稱為光譜項。氫原子光譜的規(guī)律：1）光譜是線狀的，譜線有一定位置。這就是說，譜線有確定的波長值，而且彼此是分立的。2）譜線間有一定的關系，例如譜線構成一個譜線系，它們的波長可以用一個公式表達出來，不同系的譜線有些也有關系，例如有共同的光譜項。3）每一譜線的波數都可以表達為二光譜項之差：（里茲合并原理）任一條譜線的波數都等于該元素所固有的許多光譜項中的兩項之差， 這是里茲在1908年發(fā)現(xiàn)的。第十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月12電子會落到原子核上。盧瑟福的原子有核模型的困難經典電磁理論：原子

7、發(fā)射的光譜應該是連續(xù)光譜。實驗事實：原子是穩(wěn)定的；原子所發(fā)射的光譜是線狀的，且具有一定的規(guī)律。+第十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月13 1913年，玻爾在盧瑟福的有核模型的基礎上，推廣了普朗克和愛因斯坦的量子概念，并引用到原子中來。并結合原子光譜的實驗規(guī)律，提出了關于氫原子模型的三個假設，奠定了原子結構的量子理論基礎。為此他獲得1922年諾貝爾物理學獎。玻爾的氫原子理論的三個重要假設：定態(tài)假設量子化條件假設頻率條件假設第十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月14 2) 躍遷假設：當原子中的電子從高能量的定態(tài)En躍遷到低能量Ek的定態(tài)時，原子會發(fā)射光子，其頻率滿足頻率躍遷公

8、式： 1、玻爾的基本假設:1) 定態(tài)假設：原子中的電子只能在一些特定的、半徑不連續(xù)的軌道上作圓周運動，而不輻射電磁波，這時原子處于穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱定態(tài)），并具有一定的能量。 3) 量子化假設:電子以速度 在半徑為 r 的圓周上繞核運動時，只有電子的角動量 L 等于h/2 的整數倍的那些軌道才是穩(wěn)定的，即n 為主量子數，上式叫量子化條件。二、玻爾的氫原子理論第十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月15 氫原子中電子繞核作圓周運動，受核的庫侖力充當向心力。由玻爾的假設32、氫原子問題的處理1) 氫原子電子的圓周軌道半徑解 得：第十五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月16n=1，稱為玻

9、爾半徑，離原子核最近，是電子軌道的最小半徑。第n級軌道半徑電子軌道半徑可能值為 r1 ， 4 r1 ， 9 r1 ， 16r1，. n2r1n=1r =r1n=2r =4r1n=3r =9r1n=4r =16r1第十六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月17電子動能系統(tǒng)勢能原子能量可求得： 選無窮遠為電勢能零點，半徑為 rn 的電子與原子核系統(tǒng)能量:2) 氫原子能量由和結果表明：氫原子能量也只能取一些分立值，這種現(xiàn)象稱為能量量子化。這種與軌道對應的能量稱為能級。第十七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月18（電離能）基態(tài)能量激發(fā)態(tài)能量 氫原子能級圖基態(tài)激發(fā)態(tài)自由態(tài)第十八張，PPT共

10、二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月19氫原子的電離能當 時,這時電子已脫離原子核而成為自由電子，所對應的狀態(tài)為電離態(tài)。電離能：把電子從基態(tài)到到無窮遠所需能量。欲將電子從基態(tài)電離，擺脫氫原子的束縛而變?yōu)樽杂蓱B(tài)，外界至少要供給電子的能量為：基態(tài)和各個激發(fā)態(tài)中的電子都沒有脫離原子，統(tǒng)稱為束縛態(tài)。電離能第十九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月20原子輻射單色光波數由與比較，3) 氫原子光譜公式由玻爾的躍遷假設，電子從高能態(tài)跳到低能態(tài)時，有：這一數值與實驗測得結果符合很好。第二十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月21氫原子能級躍遷與光譜系萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系第二十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月22例：計算賴曼系的最短波長和最長波長；計算帕邢系第二條譜線的波長。解：賴曼系n = 2 時對應最長波長n = 時對應最短波長帕邢系第二十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月23例：在氣體放電管中，用能量為12.2eV的電子去轟擊處于基態(tài)的氫原子。請確定此時氫原子所能輻射的譜線波長。解：氫原子吸收能量E 后由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 由即12.2eV的能量不能全部被吸收 當原子由這個能態(tài)躍遷回基態(tài)時，將有可能發(fā)射三種不同波長的電磁波。第二十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022