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1、原子物理第原子物理第2章章结束第一节第一节 背景知识背景知识第二章：原子的能给予辐射：玻尔理论第二章：原子的能给予辐射：玻尔理论目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第一节：原子光谱第一节：原子光谱光谱的分类：不同的光源有不同的光谱，发出光谱的分类：不同的光源有不同的光谱，发出机制也不尽相同，根据波长的变化情况，大致机制也不尽相同，根据波长的变化情况，大致可分为可分为三类三类： 连续谱、带光谱、线光谱连续谱、带光谱、线光谱结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第一
2、节：原子光谱第一节：原子光谱连续谱连续谱：结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论固体的高温辐射。固体的高温辐射。第一节：原子光谱第一节：原子光谱带光谱带光谱：波长在各区域内连续变化，此为分：波长在各区域内连续变化，此为分子光谱；子光谱；结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第一节：原子光谱第一节：原子光谱线光谱线光谱：波长不连续变化，此种为原子光谱；：波长不连续变化，此种为原子光谱；结束目录n
3、extback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第一节：原子光谱第一节：原子光谱结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应氢原子光谱氢原子光谱1885年年 巴耳末巴耳末发现发现从某些星体观察到从某些星体观察到14条氢光条氢光谱谱波长的关系波长的关系埃。6 .36455 , 4 , 3,422BnnnB第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论巴耳末公式巴耳末公式第一节：原子光谱第一节：原子光谱结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光
4、电效应氢原子光谱氢原子光谱用波长的倒数表示，用波长的倒数表示， 巴耳末公式可以写为：巴耳末公式可以写为：22121nRH17100967758. 1米里德伯常数HR第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论称为波数,1第一节：原子光谱第一节：原子光谱结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应氢原子光谱氢原子光谱此后，分别在紫外、红外发现有规律的谱线，可用类似的此后，分别在紫外、红外发现有规律的谱线，可用类似的公式表示谱线间的关系公式表示谱线间的关系, 4 , 3 , 2,11122nnRH赖曼系，巴耳末系5 , 4 , 3,12122nn
5、RH，帕邢系65 , 4,13122nnRH, 7 , 6 , 5,14122nnRH布喇开系, 9 , 8 , 7,16122nnRH普丰特系第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第一节：原子光谱第一节：原子光谱结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论结束目录nextback第一节：原子光谱第一节：原子光谱 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应氢原子光谱的规律：氢原子光谱的规律：, 3, 2, 13 , 2 , 11122mmmnmnmRH，)()(nT
6、mT21)(nRmTH第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论光谱项光谱项第二节：经典轨道理论的困难第二节：经典轨道理论的困难1911年原子的核式结构证明后，人们了解到年原子的核式结构证明后，人们了解到半径大约半径大约 10-10米的原子中有半径约米的原子中有半径约10-15米带米带正电的核。但原子是电中性的，从而推断原正电的核。但原子是电中性的，从而推断原子核之外还有带负电的结构。人们很自然的子核之外还有带负电的结构。人们很自然的想到这种负电的结构是：带负电的电子绕原想到这种负电的结构是：带负电的电子绕原子核运动，电子活动区域的半径应该是子核运动，电子活动区域的半
7、径应该是10-10米。米。结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二节：经典轨道理论的困难第二节：经典轨道理论的困难考虑简单的园周运动考虑简单的园周运动结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应emnmr222er041rvmZe第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二节：经典轨道理论的困难第二节：经典轨道理论的困难原子系统的能量：核与电子的相互作用势能原子系统的能量：核与电子的相互作用势能+电子动能电子动能结束目录nextback
8、 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应emnmrr0412ZeK势能r0412Ze势能221vme动能r20412Zer2041)r2(041222ZerZeZeE能量30442mrZervf频率第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二节：经典轨道理论的困难第二节：经典轨道理论的困难1、轨道运动辐射导致原子收缩与现实原子稳、轨道运动辐射导致原子收缩与现实原子稳定的矛盾定的矛盾结束目录nextback 光光 谱谱 黑体辐射黑体辐射 光电效应光电效应2、轨道运动辐射谱的连续与离散线状谱现实、轨道运动辐射谱的连续与离散线状谱现实的矛盾的矛盾第二章：原子的能级
9、与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型 1 1、来自黑体辐射与光电效应的量子论、来自黑体辐射与光电效应的量子论结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动TWmvWTh逸出逸出2maxmax21,.)3 , 2 , 1( nnhE第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型 2 2、从光量子论来看氢光谱规律背后的机制、从光量子论来看氢光谱规律背后的机制结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动)()(nTmT, 3
10、,2, 13 ,2, 11122mmmnmnmRH，21)(nRmTH)()(nhcTmhcThc12EEh2nRhcEH只能取一些特定的值。半经）值，（相应的包括轨道氢原子能量不能随意取的限制，能量差。由于可能是两个不同轨道的量。上是稳定的，不辐射能氢原子可能在一个轨道nh第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型如果是这样的话，考虑：如果是这样的话，考虑：结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动2nRhcEHr241)r2(4120220ZerZeZeE轨道半经只能取某一值轨道半经只能取某
11、一值r r0 0的的n2倍。即倍。即r0 ，4r0 ， 9r0 ， 16r0 ，. 而而 020241reZhcRH第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论HhcReZr241200第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型 2 2、能量以、能量以 及轨道离散背后的简单规律及轨道离散背后的简单规律结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动nhmvr22hnrmvP第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论hnP角动量量子化角动量量子化第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型 玻尔理论：玻尔理论：结束目录nextbac
12、k氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动2hnrmvP第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论hnP 1.1.定态假设定态假设：电子绕核作圆周运动时，只在某些特电子绕核作圆周运动时，只在某些特定的轨道上运动，在这些轨道上运动时，虽然有加速度定的轨道上运动，在这些轨道上运动时，虽然有加速度, ,但但不向外辐射能量，每一个轨道对应一个定态，而每一个定态不向外辐射能量，每一个轨道对应一个定态，而每一个定态都与一定的能量相对应。都与一定的能量相对应。 2.2.频率定则频率定则：电子并不永远处于一个轨道上，当它电子并不永远处于一个轨道上，当它吸收或放出能
13、量时，会在不同轨道间发生跃迁，跃迁前后的吸收或放出能量时，会在不同轨道间发生跃迁，跃迁前后的能量差满足频率法则：能量差满足频率法则： 3.3.量子化规则量子化规则：电子处于不同定态时的角动量的电子处于不同定态时的角动量的取值是量子化的，遵守简单的规律：取值是量子化的，遵守简单的规律：12EEh第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型如何从理论上检验上述氢光谱规律背后的机如何从理论上检验上述氢光谱规律背后的机制的猜想？制的猜想？结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动 玻尔从量子假设出发玻尔从量子假设出发，建立了氢原子理论，建立了氢原子理论，从理论准确地导出巴
14、尔末公式，从纯理论的从理论准确地导出巴尔末公式，从纯理论的角度求出里德伯常数角度求出里德伯常数 ，并与实验值吻合得很，并与实验值吻合得很好。好。此外，此外，玻尔理论对类氢离子的光谱也能给出很玻尔理论对类氢离子的光谱也能给出很好的解释。好的解释。第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型220241rZervm结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动emnmrmrZermv20241)(代入量子化条件代入量子化条件2hnmvrP2222044mZehnrn第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章
15、：原子的能级与辐射：玻尔理论氢原子的电子轨道氢原子的电子轨道第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型2222044mZehnrn结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动emnmr2220044mZehr01rr 024rr 039rr 第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论mr10010529166.0玻尔半径玻尔半径氢原子的电子轨道氢原子的电子轨道第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动r241412120202ZerZemvE第二章：原子的能级与辐射
16、：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论222024242hnZmeEn氢原子状态能量氢原子状态能量2202420142hZmeEE402EE 903EE 20nEEn0E第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型从理论上导出光谱公式和里德伯常数：从理论上导出光谱公式和里德伯常数：结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动chmeRH32042)4(2第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论12EEhhcEhcE12222024242hnZmeEn）（21223202421142nnchZme第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型从理论
17、上导出里德伯常数：从理论上导出里德伯常数：结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动chmeRH32042)4(2kgmCesJh3119341010956.91060219.1.1062620.617100973731.1mR理第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论17100967758.1mR实第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型氢原子氢原子轨道半径与谱系轨道半径与谱系结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动赖曼系赖曼系n=1n=2n=3n=4n=5r04r09r016r025r
18、0布喇开系布喇开系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第三节：玻尔模型第三节：玻尔模型结束目录nextback氢光谱的氢光谱的解释解释玻尔假设玻尔假设电子的运电子的运动动第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第四节：类氢离子光谱第四节：类氢离子光谱结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论、5 . 335 . 2),121(22nnR毕克林系毕克林系起初以为是星体上的一种特殊氢，后在实验室中加氦起初以为是星体上的一种特殊氢，后在实验室中加氦后的氢光谱中观察
19、到，得以确认是氦离子的光谱。后的氢光谱中观察到，得以确认是氦离子的光谱。氢光谱氢光谱类氢光谱类氢光谱第四节：类氢离子光谱第四节：类氢离子光谱结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论如果套用玻尔理论，只需要将氢原子理论中的如果套用玻尔理论，只需要将氢原子理论中的Z改为改为2，就可得到氦离子的光谱理论公式就可得到氦离子的光谱理论公式chmeZRHe320422)4(2)11(22212nnRZH)2121(2221nnRHHe上式中上式中n1取取4，n2取取5、6、7、.就与毕克林系规律相同就与毕克林系规律相同222024242hnZmeEnHH
20、eRZR2第四节：类氢离子光谱第四节：类氢离子光谱结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论尽管上述结果与观察结果非常一致，但还有一个明显尽管上述结果与观察结果非常一致，但还有一个明显的差别：类氢离子光谱与氢光谱并不完全重合。的差别：类氢离子光谱与氢光谱并不完全重合。)11(MmRRM这一差别后来被认为是里德伯常数的变化引起的。这一差别后来被认为是里德伯常数的变化引起的。考虑原子核的运动，推导出修正后的里德伯常数核的考虑原子核的运动，推导出修正后的里德伯常数核的质量有关。质量有关。修正后的里德伯常数与观测结果非常一致修正后的里德伯常数与观测结果
21、非常一致第四节：类氢离子光谱第四节：类氢离子光谱结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论里德伯常数受核的质量影响的理论曾被用来证实氢的里德伯常数受核的质量影响的理论曾被用来证实氢的同位素同位素-氘氘-的存在。的存在。起初有人从原子质量测定估计有原子量为起初有人从原子质量测定估计有原子量为2的氢存在，的氢存在，但如存在，含量应很低，一时难以确认。但如存在，含量应很低，一时难以确认。1932年年 尤雷（尤雷（H C Urey ），观察到类氢光谱，通过），观察到类氢光谱，通过质量修正，能很好得到解释。从而确认氘质量修正，能很好得到解释。从而确认氘-
22、的存在。的存在。第四节：类氢离子光谱第四节：类氢离子光谱结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论玻尔理论非常成功地解释了氢、类氢离子光谱的规律，玻尔理论非常成功地解释了氢、类氢离子光谱的规律，一度被人们广泛接受。一度被人们广泛接受。在玻尔理论中有两条基本的、不同于经典理论的观点：在玻尔理论中有两条基本的、不同于经典理论的观点：1、定态与量子化理论、定态与量子化理论2、频率定则、频率定则12EEh第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束目录nextback 如何证明原子状态能量的离散性？如何证明原子状态能量的离散性？第二章：原子的
23、能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论HgKIpPGVGKVPGVK第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论夫兰克夫兰克 - 赫兹实验观察到赫兹实验观察到 V=4.9v，如果玻尔，如果玻尔理论正确，汞原子应有相应能量差对应频率的理论正确，汞原子应有相应能量差对应频率的光存在。光存在。12EEheVh9 . 4埃2537米埃10101mAo
24、10101埃：angstrom 随后的实验观察到汞原子光谱中该波长的光存在，夫兰夫兰克克 - 赫兹赫兹1924年因该研究获诺贝尔物诺贝尔物理学奖理学奖第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论夫兰克夫兰克 - 赫兹实验的改进，测高激发电位和电离电势赫兹实验的改进，测高激发电位和电离电势将加速电极从遥远的地方移近到灯丝前，在碰撞之前，将加速电极从遥远的地方移近到灯丝前，在碰撞之前，将电子能量加到第一激发态之上来。将电子能量加到第一激发态之上来。第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束
25、目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论夫兰克夫兰克 - 赫兹实验的科学思想：赫兹实验的科学思想：变单个微小量的测量为宏观统计量的测量变单个微小量的测量为宏观统计量的测量第五节：夫兰克第五节：夫兰克 - 赫兹实验赫兹实验结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论原子状态能量量子化的现代检验原子状态能量量子化的现代检验朱棣文：朱棣文：1997年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖第六节：量子化通则第六节：量子化通则结束目录nextback第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论
26、玻尔的量子化法则：玻尔的量子化法则：2hnrmvP写成写成动量动量 乘以乘以周长周长：hnrmv2写成写成角动量角动量 乘以乘以园周角园周角：hnrmv2r量子化通则：量子化通则：hnpdqP广义动量，广义动量，q广义坐标广义坐标第七节：玻尔理论的扩充第七节：玻尔理论的扩充结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论19161916年，索末菲对玻尔的圆轨道模型扩充，年，索末菲对玻尔的圆轨道模型扩充，提出了椭圆轨道模型，把电子绕核的运动由提出了椭圆轨道模型，把电子绕核的运动由单一自由度运动推广为二
27、自由度运动。单一自由度运动推广为二自由度运动。hndprr rhndrprrhnmr22第七节：玻尔理论的扩充第七节：玻尔理论的扩充结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论轨道长、短半轴轨道长、短半轴Zmehnnar2220244)(rr rnnnabrZmehna2220244Zmehnnb222044Zrna02Zrnnb0为玻尔轨道半径量子数分别称为径量子数和角、0rnnrnnnnnnnnnrrr、321:321:1210:第七节：玻尔理论的扩充第七节：玻尔理论的扩充结束目录nextb
28、ack玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论原子能量原子能量称为主量子数n222024242hnZmeEn表明同一能量，有不同轨道。或不同轨道表明同一能量，有不同轨道。或不同轨道有相同能量。有相同能量。而同一能量，有不同轨道，或不同轨道有而同一能量，有不同轨道，或不同轨道有相同能量称为状态能量的相同能量称为状态能量的简并简并。索末菲的上述理论因为并没有预测不同的光谱，很难索末菲的上述理论因为并没有预测不同的光谱，很难通过实验证实，应该没有太大意义。但是，后来，他通过实验证实，应该没有太大意义。但是，后来，他又在此
29、基础上考虑相对论效应，结果出乎意料。又在此基础上考虑相对论效应，结果出乎意料。考虑相对论效应后，一个角动量守恒的运动在质量随运考虑相对论效应后，一个角动量守恒的运动在质量随运动速度变化时不再沿一个椭圆轨道远动。同一主量子数动速度变化时不再沿一个椭圆轨道远动。同一主量子数下的不同轨道的能量并不完全相同，而是有微小差别，下的不同轨道的能量并不完全相同，而是有微小差别，这称为能级分裂。通过能量，得光谱项：这称为能级分裂。通过能量，得光谱项：结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论43),(4422
30、nnnRZnRZhcEnnT这一结果意味着，在过去认为是一条谱线的地方可能有这一结果意味着，在过去认为是一条谱线的地方可能有频率接近的几条不同谱线存在。频率接近的几条不同谱线存在。更为精确的观测证明的确如此。更为精确的观测证明的确如此。不过更新的研究证明，上述理论纯系巧合。不过更新的研究证明，上述理论纯系巧合。第七节：玻尔理论的扩充第七节：玻尔理论的扩充结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空
31、间取向量子化原子空间取向量子化轨道取向p轨道取向p外场方向外场方向p结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化xyzr球坐标中质球坐标中质点位置坐标：点位置坐标：r结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空
32、间取向量子化原子空间取向量子化xyzrpp电子轨道运动遵守电子轨道运动遵守三个量子化条件三个量子化条件hndrprrhndphndp结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化xyzrpp电子轨道运动遵守电子轨道运动遵守三个量子化条件三个量子化条件hndrprrhndphndp2hnp 2hnp 结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱
33、光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化xyzrpp电子轨道运动遵守电子轨道运动遵守三个量子化条件三个量子化条件hndrprrhndphndp2hnp 2hnp nnppcosnnnnn, 0 ,11结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与
34、原子空间取向量子化原子空间取向量子化个的可能取值为同一12,np轨道取向p轨道取向p结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论在外场中的电子轨道：在外场中的电子轨道：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化个的可能取值为同一12,np轨道取向p个可能值取12np轨道取向pp结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论原子磁矩原子磁矩第八节：史特恩
35、第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化iArdrTe21dtrrTe21dtmrmTe221TmpTe2pme2mhen4Bn2231092732. 04米安mheB结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论史特恩史特恩- -盖拉核实验盖拉核实验第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化SNONSdzdBfzdzdB结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级
36、与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论史特恩史特恩- -盖拉核实验结果盖拉核实验结果(1921(1921年年 银原子银原子) )：第八节：史特恩第八节：史特恩-盖拉赫实验与盖拉赫实验与原子空间取向量子化原子空间取向量子化与理论预期有差别与理论预期有差别有两个不同的取值z结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论一、原子在各能态的分布一、原子在各能态的分布第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理kTEiieNkTEiiiegN在一个稳定的平衡系统，在一个稳定的
37、平衡系统，原子在各能态的分布原子在各能态的分布有能量简并的状态：有能量简并的状态：结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论二、原子的自发辐射二、原子的自发辐射第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理dtNdN221在某一态自发辐射的原子数与该态原子的总在某一态自发辐射的原子数与该态原子的总数成正比，与时间成正比。数成正比，与时间成正比。dtNAdN22121dtNdNA22121221dNdNtAeNN21202处于激发态的原子处于激发态的原子数随时间的变化数随时间的
38、变化结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论二、原子的自发辐射二、原子的自发辐射第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理tAeNN21202处于激发态的原子处于激发态的原子数随时间的变化数随时间的变化处于激发态原子的寿命处于激发态原子的寿命022020)(1NdNtN2Nt2dNt211A结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论三、原子的受激发射与吸收三、原子的受激
39、发射与吸收第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理辐射频率为hEE12dtNBdN11212跃迁的状态向可以使原子从能量为21EE的辐射并发出发射频率为跃迁的状态向也可以使原子从能量为,12EEdtNBdN22121为辐射密度吸收系数，12B为辐射密度发射系数，21B结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论三、原子的受激发射与吸收三、原子的受激发射与吸收第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理dtNBAdN2212121)(从高能级向低能级跃迁
40、：从高能级向低能级跃迁：上述观点由爱因斯坦首先提出，其有效性在于用上述公式上述观点由爱因斯坦首先提出，其有效性在于用上述公式成功推导出黑体辐射公式。成功推导出黑体辐射公式。结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论四、激光原理四、激光原理第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理hEE12正常情况下一个系统中处于低能级正常情况下一个系统中处于低能级E E1 1的原子数比的原子数比处于高能级处于高能级E E2 2的原子数多，当用的原子数多，当用但是，当但是，当处于高能级处于
41、高能级E2的原子数比处于低能级的原子数比处于低能级E1的原子数多时，的原子数多时，光激发的结果是有更多的光辐射，这就是所谓的激光。光激发的结果是有更多的光辐射，这就是所谓的激光。的光激发时，激发的吸收概率大于诱发辐射的概率的光激发时，激发的吸收概率大于诱发辐射的概率处于高能级处于高能级E2的原子数比处于低能级的原子数比处于低能级E1的原子数的原子数 多称为粒子数反转多称为粒子数反转结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论四、激光原理四、激光原理第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射
42、激光原理激光原理实现粒子数反转是产生激光的关键实现粒子数反转是产生激光的关键方法之一是：方法之一是：hEE13EN3E2E1E3N2N1N23NN从而使12NN或结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论四、激光原理四、激光原理第九节第九节 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原理激光原理实现粒子数反转是产生激光的关键实现粒子数反转是产生激光的关键hEE13EN3E2E1E3N2N1NEN3E2E1E3N2N1NhEE23激光hEE12激光结束目录nextback玻尔玻尔索索末非模型末非模型碱金属的碱金属的光谱光谱第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论一、对应原理一、对应原理第十节第十节 对应原理对应原理 玻尔理论的地位玻尔理论的地位二、玻尔理论的地位二、玻尔理论的地位结束目录第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论第二章：原子的能级与辐射：玻尔理论