氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第1頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter22radiationofblackbodyphotoelectriceffectandComptoneffectexperimentlawofatomicspectrum黑體輻射光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)物質(zhì)的波粒二像性wave-particledualismofmatter氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第2頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一你身邊的高考專家氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第3頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氫原子光譜一、氫原子光譜的譜線系平行光管分光元件檢測(cè)系統(tǒng)氫燈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖巴耳末系賴曼系0.80.60.40.2波長(zhǎng)

mm

可見(jiàn)光紫外線布喇開(kāi)系帕邢系

mm

5.04.03.02.01.0紅外線普芳德系

從1885年至1924年科學(xué)家們先后在可見(jiàn)光、紫外和紅外區(qū)發(fā)現(xiàn)了氫原子的光譜線系列，并得到普遍的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第4頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一里德伯常量二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末系賴曼系0.80.60.40.2

波長(zhǎng)

mm

布喇開(kāi)系帕邢系

mm

5.04.03.02.01.0普芳德系mm=1=2m=3m=5=4ml:1234...123...:l...1...1...1系序數(shù)

m系內(nèi)的線序數(shù)l

系序數(shù)+線序數(shù)n=+ml譜線的波長(zhǎng)的倒數(shù)稱為波數(shù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.09677610m稱為氫原子的里德伯常量n:3456...234...n:6...5...4...第5頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一里茲組合原則三、里茲組合原則氫原子光譜的譜線有三個(gè)最明顯的特點(diǎn)：非連續(xù)性、穩(wěn)定性

和規(guī)律性研究其它元素（如堿金屬元素）的原子光譜亦發(fā)現(xiàn)具有同樣特點(diǎn)。其譜線規(guī)律可用類似的公式表達(dá)為改正數(shù)，由具體的元素和原子光譜線系確定。

在原子光譜中，組成每一線系的譜線，一般可表成兩項(xiàng)之差的形式稱為里茲組合原則，稱為光譜項(xiàng)?？梢?jiàn)，非連續(xù)性、穩(wěn)定性和規(guī)律相似性是原子光譜譜線的普遍特點(diǎn)。第6頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一經(jīng)典理論的困難四、經(jīng)典理論解釋原子光譜規(guī)律的困難

1911年盧瑟福根據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子有核模型。原子的質(zhì)量幾乎集中于帶正電的原子核，而核的半徑只占整個(gè)原子半徑的萬(wàn)分之一至十萬(wàn)分之一；帶負(fù)電的電子散布在核的外圍。盧瑟福的原子有核模型成功地解釋了a

粒子散射實(shí)驗(yàn)。

然而，將經(jīng)典電磁理論用于盧瑟福的原子模型卻無(wú)法解釋原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。經(jīng)典理論認(rèn)為原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律繞核運(yùn)動(dòng)的電子不斷輻射電磁波，軌道半經(jīng)隨能耗而連續(xù)變小，其光譜應(yīng)是連續(xù)變化的帶狀光譜。非連續(xù)的線狀光譜繞核運(yùn)動(dòng)的電子因軌道變小必迅速落入原子核。因此，原子及其光譜應(yīng)是不穩(wěn)定的。光譜狀態(tài)穩(wěn)定無(wú)法理解譜線分布有規(guī)律可循第7頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一玻爾續(xù)量子實(shí)驗(yàn)玻爾玻爾NielsHenrikDaridBohrNielsHenrikDaridBohr1885-19621885-1962五、玻爾的氫原子理論

1913年玻爾將普朗克、愛(ài)因斯坦的量子理論推廣到盧瑟福的原子有核模型中，并結(jié)合原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，提出他的氫原子理論，奠定了原子結(jié)構(gòu)的量子理論基礎(chǔ)。為此他獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

第8頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè)原子中的電子只能在一些半徑不連續(xù)的軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)。在這些軌道上運(yùn)動(dòng)的電子不輻射（或吸收）能量而處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。相應(yīng)的軌道稱為

定態(tài)軌道玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)定態(tài)假設(shè)量子化條件假設(shè)頻率條件假設(shè)

定態(tài)軌道第9頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一量子化條件假設(shè)定態(tài)假設(shè)原子中的電子只能在一些半徑不連續(xù)的軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)。在這些軌道上運(yùn)動(dòng)的電子不輻射（或吸收）能量而處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。相應(yīng)的軌道稱為

定態(tài)軌道玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)定態(tài)假設(shè)量子化條件假設(shè)頻率條件假設(shè)

定態(tài)軌道量子化條件假設(shè)

在定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的電子，其角動(dòng)量只能取h/(2p)的整數(shù)倍，即L

=mvr

=

n

=n

h

h2p稱為角動(dòng)量量子化條件n

=

1,2,3,…為量子數(shù)m

rv第10頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一頻率條件假設(shè)玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)定態(tài)假設(shè)量子化條件假設(shè)頻率條件假設(shè)量子化條件假設(shè)

在定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的電子，其角動(dòng)量只能取h/(2p)的整數(shù)倍，即L

=mvr

=

n=nh

h2p稱為角動(dòng)量量子化條件n

=

1,2,3,…為量子數(shù)m

rv頻率條件假設(shè)

電子從某一定態(tài)向另一定態(tài)躍遷時(shí)將發(fā)射（或吸收）光子。EnEmEnEmn

=(-)h

EnEm稱為玻爾的頻率條件

若初態(tài)和終態(tài)的能量分別為和

且

則發(fā)射光子的頻率n

EmEn第11頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子軌道半徑m

rv庫(kù)侖力向心力由角動(dòng)量量子化條件庫(kù)侖力向心力hL

=mvr

=

n

=n

h

2p聯(lián)立解得n

=

1,2,3,…時(shí)，0.52910m-10為電子軌道的最小半徑稱為玻爾半徑表成則氫原子的可能軌道半徑為即...玻爾氫原子理論中電子定態(tài)軌道半徑的計(jì)算第12頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一能量公式氫原子的能量公式電子在軌道上運(yùn)動(dòng)具有的總能量是之和動(dòng)能勢(shì)能設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)勢(shì)能為零，則時(shí)，氫原子最低能態(tài)基態(tài)1,2,3,...能量量子化的各個(gè)定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。欲將電子從基態(tài)電離，擺脫氫原子的束縛二變?yōu)樽杂蓱B(tài)，外界至少要供給電子的能量為稱為電離能第13頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氫光譜導(dǎo)出公式玻爾的氫原子理論導(dǎo)出的氫原子光譜規(guī)律公式得波數(shù)為1.097373153410m-1此理論值與里德伯常量R

符合得相當(dāng)好及由n躍遷到m(n

m)的頻率條件由(eV)-13.6-3.39-1.51-0.54123458賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開(kāi)系普芳德系氫原子的能級(jí)躍遷及譜線系-0.85第14頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一算例解法提要?dú)湓邮艿侥芰繛镋=12.2eV的電子轟擊已知?dú)湓涌赡茌椛涞淖V線波長(zhǎng)(eV)-13.6-3.39-1.51-0.54123458-0.85氫原子吸收

E,從基態(tài)E1可能躍遷至某激發(fā)態(tài)

EnE

=En–E1=–E1

nE12=n1+E/E11≈3可能幅射的譜線波長(zhǎng)=R(-

)1/l32221321l32=6.563×10(m)-7可見(jiàn)l21=1.215×10(m)-7=R(-

)1/l21121221紫外l31=1.026×10(m)-7=R(-

)1/l31121321紫外第15頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期一玻爾理論的局限

玻爾的氫原子理論開(kāi)創(chuàng)了運(yùn)用量子概念研究原子光譜的先河，同時(shí)這一理論也面臨著新的困難與考驗(yàn)?！靶鲁霈F(xiàn)的障礙只能用十分新穎的思想去克服”玻爾...年輕的法