《氢原子光谱实验规律波尔理论ppt课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氢原子光谱实验规律波尔理论ppt课件.pptx（27页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益21.3 21.3 氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律 波尔理论波尔理论 19 世世纪纪末末至至20世世纪纪初初，电电子子、X射射线线、放放射射性性元元素素的的发发现现，表表明明原原子子是是可可分分的的，它它具具有有比比较较复复杂杂的的结结构构。原原子子结结构构问问题题及及其其运运动动规规律律是是当当时时物物理理学学家家关注的一个重要问题。关注的一个重要问题。
2、研研究究原原子子结结构构的的两两种种方方法法：利利用用放放射射性性粒粒子子对对物物质质材材料料进进行行轰轰击击；另另外外一一个个重重要要的的手手段段就就是是通通过过原原子子发发光光现现象象来来得得到到原原子子的的光光谱谱，对对光光谱谱进进行行分分析析得到有关原子结构的信息。得到有关原子结构的信息。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益记录氢原子光谱示意图记录氢原子光谱示意图一、氢原子光谱的实验规律一、氢
3、原子光谱的实验规律 1.光谱光谱为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 光光谱谱是是电电磁磁辐辐射射的的波波长长成成分分和和强强度度分分布布的的记记录录;有有时时只只是是波波长长成成分分的的记记录录。原原子子光光谱谱的的规规律律性提供了原子内部结构的重要信息。性提供了原子内部结构的重要信息。几种几种常见原子常见原子的原子光谱的原子光谱（线状光谱）（线状光谱）为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主
4、义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 2.氢原子光谱的规律性氢原子光谱的规律性1)巴耳末系巴耳末系 在可见光和近紫外区，氢原子的谱线如下图所在可见光和近紫外区，氢原子的谱线如下图所示示 巴尔末系巴尔末系其中其中H，H，H，H 均在可见光区。均在可见光区。谱线是线状分立的谱线是线状分立的，光谱线从长波方向的，光谱线从长波方向的H线起线起向短波方向展开，谱线的间距越来越小，最后趋近向短波方向展开，谱线的间距越来越小，最后趋近一个极限位置，称为一个极限
5、位置，称为线系限线系限，用，用H表示表示.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益所有这些线系，都可用下列公式计算谱线的波长：所有这些线系，都可用下列公式计算谱线的波长：当当 n=3，4，5，6 时时，分分别别为为四四条条可可见见光光谱谱线线 H 、H 、H 、H 。当当 n=7，8，9，10 时时，为为四四条条紫紫外外部部分分谱谱线线。当当 n 时时，波波长长趋趋于于极极限值，限值，为为 364.57
6、nm。这个公式称为这个公式称为巴耳末公式巴耳末公式，它所表示的这组，它所表示的这组谱线称为谱线称为巴耳末线系巴耳末线系。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1890 年瑞典物理学家年瑞典物理学家里德伯里德伯提出提出用用波数波数表示表示的的氢原子光谱公式。氢原子光谱公式。波数：波数：单位长度内所包含的完整波形的数目。单位长度内所包含的完整波形的数目。为为里德伯常数。里德伯常数。令：令：巴尔末公式：巴尔末
7、公式：为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益在光谱的紫外区、红外区及远红外区在光谱的紫外区、红外区及远红外区,还存在其它线系还存在其它线系2)氢原子其他线系氢原子其他线系赖曼系赖曼系(1916)紫紫外区外区帕邢系帕邢系(1908)近红外区近红外区布喇开系布喇开系(1922)红外红外区区普丰德系普丰德系(1924)红外红外区区汉弗莱系汉弗莱系(1953)远红外远红外区区为了规范事业单位聘用关系，建立和完善
8、适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3)氢原子光谱规律氢原子光谱规律 氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数可用氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数可用一普遍公式来表示：一普遍公式来表示：式中：式中：对应一个对应一个 k 就构成一个谱线系。就构成一个谱线系。（广义巴尔末公式）（广义巴尔末公式）里兹组合原理：里兹组合原理：任一条谱线的波数任一条谱线的波数都可以写成两项都可以写成两项之差的形式，即之差的形式，即称为称为光谱项光谱项。为了规
9、范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益小结：氢原子光谱的小结：氢原子光谱的特征特征：光谱是分立线状的，谱线有一定位置光谱是分立线状的，谱线有一定位置。这就是。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。谱线间有一定的关系，谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线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。系，它们的波长可以用一个公式表达出来。不不同系
10、的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项项。每一谱线的波数都可以表示为二个光谱项之差每一谱线的波数都可以表示为二个光谱项之差为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益表面上如此繁杂的光谱线竟然由一个式表面上如此繁杂的光谱线竟然由一个式子简单地表示，这不能不说是一项出色的成子简单地表示，这不能不说是一项出色的成果，果，但公式是凭经验凑出来的，它为什么与但公式是凭经验凑出来
11、的，它为什么与实验符合得如此好，在公式问世将近三十年实验符合得如此好，在公式问世将近三十年内，一直是个谜。内，一直是个谜。如何从理论上解释原子为什么会发出这如何从理论上解释原子为什么会发出这样的光谱？原子的内部结构及运动状态到底样的光谱？原子的内部结构及运动状态到底是什么样子是什么样子?-广义巴尔末公式广义巴尔末公式广义巴尔末公式广义巴尔末公式为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 1911 年卢瑟福根
12、据年卢瑟福根据 粒子散射实验结果建立粒子散射实验结果建立了原子的了原子的有核模型有核模型。二、卢瑟福的原子有核模型二、卢瑟福的原子有核模型所所有有正正电电荷荷和和几几乎乎所所有有的的原原子子质质量量都都集集中中在在原原子子中中心心的的一一个个非非常常小小（R10-15m）的的体体积积内内，这就是这就是“原子核原子核”；原子中的电子原子中的电子围绕原子核转动围绕原子核转动；带带正正电电的的核核和和带带负负电电的的电电子子间间的的静静电电引引力力把把整整个个原原子子结结合合在在一起。一起。1.卢瑟福的原子有核模型卢瑟福的原子有核模型为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业
13、单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.卢瑟福的有核原子模型的困难卢瑟福的有核原子模型的困难+原原子子不不断断地地向向外外辐辐射射能能量量，能能量量连连续续减减小小，电电子子运运动动轨轨道道越越来来越越小小，相相应应的的转转动动频频率率越越来来越越高高，因此因此发射光谱发射光谱应是连续谱；应是连续谱；由由于于原原子子总总能能量量减减小小，电电子子半半径径越越来来越越小小，电电子子将将逐逐渐渐的的接接近近原子核而后相遇，原子核而后相遇，原子不稳定原子不稳定。+根根据据
14、经经典典电电磁磁理理论论，电电子子绕绕核核作作匀匀速速圆圆周周运运动动，作作加加速速运运动动的的电电子子将将不不断断向向外外辐辐射射电电磁磁波波，其其频率等于电子绕核旋转的频率频率等于电子绕核旋转的频率。然然而而原原子子光光谱谱实实验验事事实实：原原子子是是稳稳定定的的；原原子子所所发发射射的的光谱是光谱是线状线状的的，不连续不连续的，且的，且具有一定的规律。具有一定的规律。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工
15、的合法权益三、氢原子的玻尔理论三、氢原子的玻尔理论 1913年，年，玻尔玻尔将将普朗克普朗克、爱因斯坦爱因斯坦的量子理的量子理论推广到论推广到卢瑟福卢瑟福的原子有核模型中，并结合原子的原子有核模型中，并结合原子光谱的实验规律，提出了关于光谱的实验规律，提出了关于氢原子模型的三个氢原子模型的三个假设假设，奠定了原子结构的量子理论基础。为此他，奠定了原子结构的量子理论基础。为此他获得获得1922年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。玻尔理论的玻尔理论的基本思想：基本思想：承认卢瑟福的原子承认卢瑟福的原子有核有核模型模型；放弃一些经典的电磁辐射理论放弃一些经典的电磁辐射理论；把量子的概念用于原子系统中
16、把量子的概念用于原子系统中。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益定态假设定态假设 原原子子中中的的电电子子只只能能在在一一些些半半径径不不连连续续的轨道上作圆周运动。的轨道上作圆周运动。在在这这些些轨轨道道上上运运动动的的电电子子不不辐辐射射（或或吸吸收收）能能量量而而处处于于稳稳定定状状态态(称称为为定定态态)，并具有能量。并具有能量。相应的轨道称为相应的轨道称为 定态轨道定态轨道1、玻尔的氢原子理
17、论的三个重要假设、玻尔的氢原子理论的三个重要假设 定定 态态 轨轨 道道为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益量子化条件假设量子化条件假设称为称为角动量量子化条件角动量量子化条件mm rv 在在定定态态轨轨道道上上运运动动的的电电子子，其其角角动动量量只只能能取取 的的 整整数数倍倍，即：即：为量子数为量子数为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人
18、单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 电电子子从从某某一一定定态态向向另另一一定定态态跃跃迁迁时时将将发发射（或吸收）光子。射（或吸收）光子。E EkEn频率频率条件假设条件假设 若初态和终态的能量若初态和终态的能量分别为分别为En和和Ek 称为称为 玻尔的频率条件玻尔的频率条件则发射光子的频率满足则发射光子的频率满足为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事
19、业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.氢原子问题的处理氢原子问题的处理设电子质量设电子质量m，在半径为，在半径为rn的的定态定态轨道轨道上做圆周运上做圆周运动，速率为动，速率为 un。作用在电子上的库仑力为有心力：。作用在电子上的库仑力为有心力：n=1，2，3正整数正整数 玻尔半径玻尔半径电子绕核运动的轨道半径可能是：电子绕核运动的轨道半径可能是：第第 n 级轨道半径级轨道半径：n=1时时,r1,4r1,9r1,16r1(1)氢原子中电子的圆周轨道半径氢原子中电子的圆周轨道半径为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位
20、和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电子在第电子在第n个轨道上运动的总能量为个轨道上运动的总能量为氢原子能级公式氢原子能级公式(2)氢原子氢原子的能级的能级n=1时时,n=1，2，3结果表明：结果表明：氢原子能量也只能取一些分立值，这种氢原子能量也只能取一些分立值，这种现象称为现象称为能量量子化能量量子化。这种与轨道对应的能量称为。这种与轨道对应的能量称为能级能级。n=1 基态基态n=2,3,激发态激发态为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人
21、单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益氢原子的电离能氢原子的电离能当当 时时,这时电子已脱离原子核而成为自由电子，所对应这时电子已脱离原子核而成为自由电子，所对应的状态为的状态为电离态电离态。电离能：电离能：使使基态的氢原子电离所需要的最小能量。基态的氢原子电离所需要的最小能量。欲将电子从基态电离，摆脱氢原子的束缚而欲将电子从基态电离，摆脱氢原子的束缚而变为变为电离态电离态，外界至少要供给电子的能量为：，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，统基态和各个激发态中的电子
22、都没有脱离原子，统称为称为束缚态束缚态。电离能电离能为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 氢原子能级图氢原子能级图基态基态激激发发态态电电离离态态为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.氢原子光谱氢原子光谱
23、当电子从较高能级当电子从较高能级En跃迁到较低能级跃迁到较低能级Ek时时,将向外将向外界释放能量界释放能量,发射光子发射光子,对应的光谱线的频率为对应的光谱线的频率为用波数表示用波数表示与与比较，比较，与实验测得结果与实验测得结果 符合符合很好。很好。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益-13.6eV-3.40eV-1.51eV-0.85eVn=1(基态基态)n=2(第第1激发态激发态)n=3(第第2
24、激发态激发态)n=4(第第3激发态激发态)巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系氢原子能级跃迁与光谱系氢原子能级跃迁与光谱系赖曼系赖曼系为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 玻尔理论指出玻尔理论指出原子能级原子能级的存在，成功地的存在，成功地解释了原子的稳解释了原子的稳定性、原子的大小及氢原子光谱的规律性定性、原子的大小及氢原子光谱的规律性。所提出的定态、。所提出的定态、量子化、跃迁等概念现在仍然有效。量子化、
25、跃迁等概念现在仍然有效。玻尔的出色工作，使物理学的发展达到一个里程碑玻尔的出色工作，使物理学的发展达到一个里程碑量子论完成了它的创生过程量子论完成了它的创生过程。但玻尔理论有以下缺陷：但玻尔理论有以下缺陷：三、玻尔理论的成功和局限性三、玻尔理论的成功和局限性(3)对谱线的强度、宽度、偏振等一系列对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题问题无法处理无法处理.(4)半半经典经典半半量子量子理论理论,既把微观粒子看成是遵守经典力学的既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质点，同时，又赋予它们量子化的特征.(1)无法解释无法解释比氢原子更复杂的原子比氢原子更复杂的原子.(2)微
26、观粒子的运动视为有确定的微观粒子的运动视为有确定的轨道轨道.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益计算赖曼系的最短波长和最长波长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计算帕邢系第二条谱线的波长解：例题1：赖曼系赖曼系n=2 时对应最长波长时对应最长波长n=时对应最短波长时对应最短波长帕邢系帕邢系为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障
27、用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 在气体放电管中，用能量为在气体放电管中，用能量为12.2eV的电的电子去轰击处于基态的氢原子。请确定此时氢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。原子所能辐射的谱线波长。解：例题2：氢原子吸收能量氢原子吸收能量E 后由基态跃迁到激发态后由基态跃迁到激发态 由由即即12.2eV的能量不能全部被吸收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。能发射三种不同波长的电磁波。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益31属于赖曼系属于赖曼系32属于巴尔末系属于巴尔末系21属于赖曼系属于赖曼系n=1n=2n=3