原子光谱与分子光谱

原子光谱与分子光谱第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二氢放电管2~3kV光阑全息干板三棱镜（或光栅）光源实验及氢原子的巴耳末线系照片第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二一氢原子光谱的规律性

1885年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律1890年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式波数里德伯常量

第一节氢原子的玻尔理论第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二莱曼系紫外巴尔末系可见光帕邢系布喇开系普芬德系汉弗莱系红外第一节氢原子的玻尔理论第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二二玻尔的氢原子理论（1）经典核模型的困难根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波.

+原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定.+第一节氢原子的玻尔理论第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期二（2）玻尔的三个假设

假设一电子在原子中，可以在一些特定的轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（定态），并具有一定的能量.量子化条件频率条件

假设二电子以速度在半径为的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量

等于的整数倍的那些轨道是稳定的.主量子数

假设三当原子从高能量的定态跃迁到低能量的定态时，要发射频率为的光子.第一节氢原子的玻尔理论第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期二由假设2量子化条件由牛顿定律,玻尔半径氢原子能级公式第

轨道电子总能量第一节氢原子的玻尔理论第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期二（电离能）基态能量激发态能量

氢原子能级图基态激发态自由态第一节氢原子的玻尔理论第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期二玻尔理论对氢原子光谱的解释氢原子能级跃迁与光谱系莱曼系巴耳末系帕邢系布拉开系（里德伯常量）

第一节氢原子的玻尔理论第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期二（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；四氢原子玻尔理论的意义和困难（4）无法解释比氢原子更复杂的原子；（5）把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的；（6）是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征.第一节氢原子的玻尔理论第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期二一氢原子球坐标的定态薛定谔方程第二节四个量子数第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二1.能量量子化与主量子数能量主量子数

n=1，2，3，……电子云电子在这些地方出现的概率最大电子云密度概率密度ψnlm2（r,θ,）

……玻尔氢原子理论中，电子的轨道位置第二节四个量子数第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二2.角动量量子化与角量子数角量子数l=0，1，2，……,n-13.角动量空间量子化与磁量子数电子绕核转动的角动量L的大小角动量L的在外磁场方向Z的投影磁量子数ml=0,±1,±2,……,±l

第二节四个量子数第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二磁量子数ml=0,±1,±2L在Z方向的投影zL的大小例如l=2电子角动量的大小及空间取向？z第二节四个量子数第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二

电子自旋角动量大小

S

在外磁场方向的投影s—自旋量子数电子自旋角动量在外磁场中的取向自旋磁量子数ms

取值个数为二.电子自旋(1925年乌伦贝克等)ms=±1/22s+1=2则

s=

1/2，第二节四个量子数第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期二三.四个量子数（表征电子的运动状态）1.主量子数n(1,2,3,……)2.副量子数l

(0，1，2，…….,n-1)3.磁量子数ml

(0，±1，±2，…….,±

l)4.自旋磁量子数ms

(1/2,-1/2)大体上决定了电子能量决定电子的轨道角动量大小，对能量也有稍许影响。决定电子轨道角动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向第二节四个量子数第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期二例求解一群氢原子被外来单色光照射后发射的谱线中，在巴耳末系中只能观察到3条谱线（1）外来光的波长（2）外来单色光子的能量（3）除巴耳末系的3条谱线外还有几条谱线(1)(2)(3)除巴耳末系还可能的谱线（共7条）第二节四个量子数第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期二第四节分子光谱（自学）一、分子光谱分子谱线组成的一个个光谱带，若干个光谱带又归并成一个光谱带系，因此称为带状光谱。1.转动能级及其光谱2.振动能级及其光谱二、分子能级第三节原子光谱（自学）第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期二一自发辐射受激辐射1

自发辐射原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级自动跃迁到低能级,这种跃迁称为自发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射..发光前.。发光后自发辐射第五节激光第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期二2

光吸收原子吸收外来光子能量,并从低能级跃迁到高能级,且,这个过程称为光吸收.吸收后。.吸收前.受激吸收第五节激光第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期二3

受激辐射由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光.原子中处于高能级的电子,会在外来光子(其频率恰好满足)的诱发下向低能级跃迁,并发出与外来光子一样特征的光子,这叫受激辐射...。发光前发光后受激辐射的光放大示意图第五节激光第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二二激光原理1

粒子数正常分布和粒子数布居反转分布表明,处于低能级的电子数大于高能级的电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布.叫做粒子数布居反转,简称粒子数反转或称布居反转.已知粒子数的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子数反转分布...............。。。。。第五节激光第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二美国物理学家梅曼于1960年9月制成第一台红宝石固体激光器.从外界输入能量（如光照,放电等）,把低能级上的原子激发到高能级上去,这个过程叫做激励（也叫泵浦）.红宝石中铬离子能级示意图..。。基态亚稳态激发态第五节激光第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二2

光学谐振腔激光的形成光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡.加强光须满足驻波条件..........激光光束全反射镜光学谐振腔示意图部分透光反射镜第五节激光第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二三激光器

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氦氖气体激光器氦氖激光器全反射镜部分反射镜AK输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等优点．氦和氖的原子能级示意图基态亚稳态氦氖632.8nm123第五节激光第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期二2

红宝石激光器红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm.

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。全反射镜半透射镜红宝石棒。脉冲灯红宝石激光示意图激光器发展的主要方面（1）扩展了激光的波长范围.（2）激光的功率大大提高.（3）激光器已能实现小型化.第五节激光第二十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期二