《量子物理基础》PPT课件.ppt

16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 1897年，Tomson在研究阴极射线时发现电子，并确认电 子是原子的组成部分。 原子发光是原子的重要特征。不同原子所发光谱不同。 对原子光谱的研究是探索原子内部结构的一条重要途径。 光谱 某元素电磁辐射的波长的记录。 线光谱：谱线分立。一条谱线对应一确定的波长。（原子） 带光谱：谱线分段密集。（分子） 连续光谱：包括各种波长。（固体） 1第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 一. 实验规律 记录氢原子光谱原理示意图 氢 放 电 管 23 kV 光阑 全息干板 三棱镜 （或光栅） 光 源 2第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 里德伯常数 k = 1 (n =2, 3, 4, ) 谱线系 莱曼系 （Lyman） (2)Balmer总结的经验公式 k = 2 (n = 3, 4, 5, ) 谱线系 巴耳末系（Balmer） (1) 分立、线状光谱 (3)除可见光谱外，在红外区和紫外区也观察到光谱系。 k = 3 (n = 4, 5, 6, ) 谱线系 帕邢系（Paschen） (n k) 3第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 二. 经典理论的困难 1911年，新西兰物理、化学家卢瑟福提出原子的核式结构。 发射的光谱应是连续光谱； 原子的核型结构是个不稳定系统； 1913年，年仅28岁的玻 尔（Niels Bohr），在 卢瑟福核型结构的基础 上，创造性地把量子概 念应用到原子系统，解 释了近30年的光谱之谜 。 玻尔在工作 玻尔 海森伯 泡利（自左至右） 4第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 2. 跃迁假设 三. 玻尔氢原子理论 1. 定态假设 原子从一个定态跃迁到另一定态， 会发射或吸收一个光子，频率 稳 定 状 态 这些定态的能量不连续 不辐射电磁波 电子作圆周运动 v （三条假设） v 5第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 r 库仑力提供向心力 由上两式得, 第 n 个定态的轨道半径为 3. 角动量量子化假设 轨道角动量 玻尔半径 H原子中电子的轨道半径 r2=4r1 r2=9r1 6第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 r 定态能量 （在允许的轨道上具有的能量） 能量量子化 负号表示e受原子束缚 基态能量（最稳定状态） 受激态（形成能级） 7第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 En ( eV) 氢 原 子 能 级 图 莱曼系 巴耳末系帕邢系 布拉开系 -13.6 -1.51 -3.39 0 光频 n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6 8第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 说明： （1）n越大，能量En越大，而相邻两能级之差E越小。 n时En0，e成为自由电子，不受核束缚（游离态）。 E0，能量趋于连续（经典理论）。 （2）电离能 ：e从束缚态变成自由态所需最小能量 原子被电离：束缚的e释放出来需吸收能量 质子和自由电子结合成一个基态H原子：需释放能 量，即辐射电磁波或发光。 （3）用可见光照射出于基态的H原子，e能否电离？ 9第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 经验公式： 当时实验测得 其中计算得到 对里德伯常数的验证 理论公式 10第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 四 对玻尔理论的评价： 3. 是半经典理论，仍保留了“轨道”概念。 2. 定态假设和角动量量子化条件都是对的， 4. 频率条件完全正确，一直沿用至今。 但是是硬加上去的。 1. 提出了原子能量量子化。 量子概念用到了原子结构模型。 11第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 解: 例：当一个质子俘获一个动能Ek=13.6eV的自由电子组成一 个基态氢原子时，所发出的单色光频率是多少? (普朗克恒 量h=6.6310-34Js) n = 1 n = k 质子和电子组成一个氢原子 组成前，它们的能量 组成后它们的能量 原子从高能态低能态是发光过程 两能态之差决定了发光频率 En Ek 12第十六章 量子物理基础 16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论 例：已知电子的能量为12.76 eV，去轰击处于基态的H原子， H原子可跃迁到n=？的能级？H原子可能辐射的光谱数目为 多少？ 解： En ( eV) -13.6 -1.51 -3.39 氢 原 子 能