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1、氢原子光谱的实验规律你现在浏览的是第一页，共16页本章内容Contentschapter 22radiation of black bodyphotoelectric effect and Compton effectexperiment law of atomic spectrum黑体辐射黑体辐射光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应物质的波粒二像性物质的波粒二像性wave-particle dualism of matter氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律你现在浏览的是第二页，共16页你身边的高考专家氢原子光谱的实验规律你现在浏览的是第三页，共16页氢原子光谱平行光管分光元件检测
2、系统氢灯实验系统示意图巴耳末系赖曼系0.8 0.6 0.4 0.2 波长 m m 可 见 光紫 外 线布喇开系帕邢系 m m 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 红 外 线普芳德系 从1885年至1924年科学家们先后在可见光、紫外和红外区发现了氢原子的光谱线系列，并得到普遍的实验规律：你现在浏览的是第四页，共16页里德伯常量巴耳末系赖曼系0.8 0.6 0.4 0.2 波长波长 m m 布喇开系帕邢系 m m m 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0普芳德系mm=1=2m=3m=5=4ml:1 2 341 23:l 1 1 1 系序数 m系内的线序数 l 系序数+线序数 n=+ml谱线
3、的波长 的倒数称为波数实 验 规 律称为氢原子的里德伯常量n:3 4 562 34n:654 你现在浏览的是第五页，共16页里兹组合原则氢原子光谱的谱线有三个最明显的特点：非连续性、稳定性 和 规律性 研究其它元素（如碱金属元素）的原子光谱亦发现具有同样特点。其谱线规律可用类似的公式表达为改正数，由具体的元素和原子光谱线系确定。在原子光谱中，组成每一线系的谱线，一般可表成两项之差的形式称为里兹组合原则，称为光谱项。可见，非连续性、稳定性和规律相似性 是原子光谱谱线的普遍特点。你现在浏览的是第六页，共16页经典理论的困难 1911年卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子有核模型。原子的质量几乎集中于
4、带正电的原子核，而核的半径只占整个原子半径的万分之一至十万分之一；带负电的电子散布在核的外围。卢瑟福的原子有核模型成功地解释了a 粒子散射实验。然而，将经典电磁理论用于卢瑟福的原子模型却无法解释原子光谱的实验规律。经典理论认为原子光谱实验规律 绕核运动的电子不断辐射电磁波，轨道半经随能耗而连续变小，其光谱应是连续变化的带状光谱。非连续的线状光谱 绕核运动的电子因轨道变小必迅速落入原子核。因此，原子及其光谱应是不稳定的。光谱状态稳定无法理解谱线分布有规律可循你现在浏览的是第七页，共16页玻尔续量子实验 1913年玻尔将普朗克、爱因斯坦的量子理论推广到卢瑟福的原子有核模型中，并结合原子光谱的实验规
5、律，提出他的氢原子理论，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。你现在浏览的是第八页，共16页定态假设定态假设定态假设 原子中的电子只能在一些半径不连续的轨道上作圆周运动。在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态，称为定态。相应的轨道称为 定态轨道玻尔的氢原子理论的三个重要假设定态假设定态假设量子化条件假设量子化条件假设频率条件假设频率条件假设 定 态 轨 道你现在浏览的是第九页，共16页量子化条件假设定态假设定态假设 原子中的电子只能在一些半径不连续的轨道上作圆周运动。在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态，称为定态。相应的轨道称为
6、 定态轨道玻尔的氢原子理论的三个重要假设定态假设定态假设量子化条件假设量子化条件假设频率条件假设频率条件假设 定 态 轨 道量子化条件假设量子化条件假设 在定态轨道上运动的电子，其角动量只能取 h/(2p)的整数倍，即L=m v r=n =n h h2p称为 角动量量子化条件n=1,2,3,为量子数m rv你现在浏览的是第十页，共16页频率条件假设玻尔的氢原子理论的三个重要假设定态假设定态假设量子化条件假设量子化条件假设频率条件假设频率条件假设量子化条件假设量子化条件假设 在定态轨道上运动的电子，其角动量只能取 h/(2p)的整数倍，即L=m v r=n =n h h2p称为 角动量量子化条件
7、n=1,2,3,为量子数m rv频率条件假设频率条件假设 电子从某一定态向另一定态跃迁时将发射（或吸收）光子。EnEmEnEmn=(-)h EnEm称为 玻尔的频率条件 若初态和终态的能量分别为 和 且 则发射光子的频率n EmEn你现在浏览的是第十一页，共16页电子轨道半径m rv库仑力向心力由 角动量量子化条件库仑力向心力hL=m v r=n =n h 2p联立解得n=1,2,3,时，为电子轨道的最小半径称为 玻尔半径 表成则氢原子的可能轨道半径为即玻尔氢原子理论中电子定态轨道半径 的计算你现在浏览的是第十二页，共16页能量公式氢原子的能量公式电子在 轨道上运动具有的总能量 是 之和动能势
8、能设无穷远势能为零，则时，氢原子最低能态基 态能量量子化的各个定态，称为 激发态。欲将电子从基态电离，摆脱氢原子的束缚二变为自由态，外界至少要供给电子的能量为称为 电离能你现在浏览的是第十三页，共16页氢光谱导出公式玻尔的氢原子理论导出的 氢原子光谱规律公式得波数为此理论值与里德伯常量 R 符合得相当好及 由n跃迁到m(n m)的频率条件由(eV)-13.6-3.39-1.51-0.54123458赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系普芳德系氢原子的能级跃迁及谱线系-0.85你现在浏览的是第十四页，共16页算例氢原子受到能量为E=12.2eV 的电子轰击氢原子可能辐射的谱线波长(eV)-13.6-3.
9、39-1.51-0.54123458-0.85 氢原子吸收 E,从基态 E1可能跃迁至某激发态 EnE=En E1=E1 nE12=n1+E/E11 3=R(-)1/l1/l3232221321l l3232=6.56310 (m)-7可见l l2121=1.21510 (m)-7=R(-)1/l1/l2121121221紫外l l3131=1.02610 (m)-7=R(-)1/l1/l3131121321紫外你现在浏览的是第十五页，共16页玻尔理论的局限 玻尔的氢原子理论开创了运用量子概念研究原子光谱的先河，同时这一理论也面临着新的困难与考验。“新出现的障碍只能用十分新颖的思想去克服 ”玻尔年轻的法国物理学家路易 德布罗意终于迈出了新的一步玻尔理论能成功地求出氢原子谱线的频率，但无法计算谱线的强度、宽度和偏振等一系列问题。电子沿圆形“轨道”绕核运动的行星模型，无任何已知的方法能够验证。用经典力学质点运动的“轨道”概念去描述原子系统中电子的行为，符合微观粒子的运动客观规律吗对复杂原子的光谱结构，用玻尔的理论和方法计算的结果与实验值不符。你现在浏览的是第十六页，共16页