氢原子光谱PPT课件

.,1,21.3,氢原子光谱的实验规律玻尔理论,.,2,除了黑体辐射、光电效应及康普顿散射外，经典物理还在原子的结构和原子光谱的谱线规律上，遇到重大困难。,1897年，人们发现了电子，并从实验中知道，电子是所有原子的基本组成部分。在这之后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘。,原子发光是重要的原子现象之一，对原子光谱的研究是了解原子内部结构的重要手段之一。,.,3,原子结构的探索,卢瑟福原子有核模型：,原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。,电子绕原子核旋转。,原子核的体积比原子的体积小得多。,原子半径10-10m，原子核半径10-1410-15m,关于原子的结构，人们提出各种不同的模型，经公认的是1911年卢瑟福在粒子散射实验基础上提出的核式结构，即原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成。,原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。,.,4,光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。,光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。,每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线“携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变化特色的“信息”。,通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。,19世纪80年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱规律实质是显示了原子内在的机理。,.,5,记录原子光谱原理示意图,氢放电管,23kV,光阑,全息干板,三棱镜（或光栅）,光源,.,6,1885年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱线归纳为巴耳末公式：,很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱，在可见光范围内有四条谱线。,氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。,Ha：红色656.210nm；Hb；深绿486.074nmHg：青色434.010nm；Hd；紫色410.120nm,常数,巴尔末公式,一、氢原子光谱的实验规律,.,7,氢原子巴尔末线系,当n=3，4，5，6,为四条可见光谱线H、H、H、H,当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线。,巴尔末公式,Ha：红色656.210nm；Hb：深绿486.074nmHg：青色434.010nm；Hd；紫色410.120nm,1890年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式。,.,8,波数：单位长度内所包含的完整波形数目。,为里德伯常数,令,氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。一个在紫外区，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别由帕邢、布喇开、普方德发现。,巴尔末公式,1890年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式,巴尔末公式,.,9,紫外莱曼系：,可见光巴尔末系：,.,10,氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：,式中：,n取从(m+1)开始的正整数，即,对应一个m就构成一个谱线系。,每一谱线的波数都等于两项的差数。,（广义巴尔末公式）,.,11,令：,有：,称为光谱项。,氢原子光谱的规律：,1）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。,2）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系，它们的波长可以用一个公式表达出来，不同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项。,3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：,（里兹合并原理）,任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多光谱项中的两项之差，这是里兹在1908年发现的。,.,12,电子会落到原子核上。,卢瑟福的原子有核模型的困难,经典电磁理论：原子发射的光谱应该是连续光谱。,实验事实：原子是稳定的；原子所发射的光谱是线状的，且具有一定的规律。,.,13,1913年，玻尔在卢瑟福的有核模型的基础上，推广了普朗克和爱因斯坦的量子概念，并引用到原子中来。并结合原子光谱的实验规律，提出了关于氢原子模型的三个假设，奠定了原子结构的量子理论基础。为此他获得1922年诺贝尔物理学奖。,玻尔的氢原子理论的三个重要假设：,定态假设,量子化条件假设,频率条件假设,.,14,2)跃迁假设：当原子中的电子从高能量的定态En跃迁到低能量Ek的定态时，原子会发射光子，其频率满足频率跃迁公式：,1、玻尔的基本假设:,1)定态假设：原子中的电子只能在一些特定的、半径不连续的轨道上作圆周运动，而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（简称定态），并具有一定的能量。,3)量子化假设:电子以速度在半径为r的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量L等于h/2的整数倍的那些轨道才是稳定的，即,n为主量子数，上式叫量子化条件。,二、玻尔的氢原子理论,.,15,氢原子中电子绕核作圆周运动，受核的库仑力充当向心力。,由玻尔的假设3,2、氢原子问题的处理,1)氢原子电子的圆周轨道半径,解得：,.,16,n=1，称为玻尔半径，离原子核最近，是电子轨道的最小半径。,第n级轨道半径,电子轨道半径可能值为r1，4r1，9r1，16r1，.n2r1,.,17,电子动能,系统势能,原子能量,可求得：,选无穷远为电势能零点，半径为rn的电子与原子核系统能量:,2)氢原子能量,结果表明：氢原子能量也只能取一些分立值，这种现象称为能量量子化。这种与轨道对应的能量称为能级。,.,18,.,19,氢原子的电离能,当时,这时电子已脱离原子核而成为自由电子，所对应的状态为电离态。,电离能：把电子从基态到到无穷远所需能量。,欲将电子从基态电离，摆脱氢原子的束缚而变为自由态，外界至少要供给电子的能量为：,基态和各个激发态中的电子都没有脱离原子，统称为束缚态。,电离能,.,20,原子辐射单色光波数,由,与,比较，,3)氢原子光谱公式,由玻尔的跃迁假设，电子从高能态跳到低能态时，有：,这一数值与实验测得结果符合很好。,.,21,.,22,例：计算赖曼系的最短波长和最长波长；计算帕邢系第二条谱线的波长。,解：,赖曼系,n=2时对应最长波长,n=时对应最短波长,帕邢系,.,23,例：在气体放电管中，用能量为12.2eV的电子去轰击处于基态的氢原子。请确定此时氢原子所能辐射的谱线波长。,解：,氢原子吸收能量E后由基态跃迁到激发态,由,即,12.2eV的能量不能全部被吸收,当原子由这个能态跃迁回基态时，将有可能发射三种不同波长的电磁波。,.,24,31,属于赖曼系,32,属于巴尔末系,21,属于赖曼系,.,25,例：氢原子从n5的激发态跃迁到基态，能发射多少种不同的光子？,解：,由图可见，可能有10种辐射光产生。,.,26,（1）正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化）；（2）正确地指出定态和角动量量子化的概念；（3）正确的解释了氢原子及类氢离子光谱；,、玻尔氢原子理论的意义和困难,（4）无法