第二章 氢原子的光谱与能级.ppt

第二章 氢原子的光谱与能级 ?Bohr氢原子模型 §2.1 氢原子的光谱 ?一、什么是光谱: 光谱是光强按频率或波长的分布。用函数表示为I=I（λ），或者I=I（ν）。 光谱的分类 根据物质的发光机制，可以将光谱分为热辐射谱、荧光（发光）光谱,等等。 根据实验方法，可以分为发射光谱、吸收光谱、激发光谱，等等。 ?根据光谱的分布特征，可以分为线状光谱、带状光谱、连续光谱。 二、氢原子的光谱 ?1、氢原子受到激发后，可以发出线状光谱。 其中最著名的光谱线有以下四条 2、氢的Balmer线系 ?Balmer发现，对于已知的14条氢的光谱线，可以用一个简单的公式表示其波长分布（1885年） ?1889年,瑞典科学家里德伯将巴尔末公式改为: 3、氢原子的其它谱线系 Lyman系 可以用通式表示为 §2.2 Bohr氢原子模型 一、历史背景: 1、卢瑟福α粒子散射实验→原子核式(行星)模型. 2、氢原子的线状光谱(离散谱) 二、经典理论的困难: 1、电子轨道稳定吗: (a) 电子轨道能量: ?因为Mme→可认为核不动,电子作圆周运动, 有: ?对于氢原子，m/M=1/1836.15 ?在氢光谱中发现了与其极其相似的另一套光谱线,其中: 对于LiⅢ、BeⅣ，类似地有 (b) 氘的发现: ?在氢光谱中发现了与其极其相似的另一套光谱线,其中: §2.3 Franck-Hertz实验 ★除了光谱学方法之外，可以用其它方法证明原子中分立能级的存在（1914年） 一、基本思想 利用加速电子碰撞原子，使之激发。测量电子所损失的能量，即是原子所吸收的能量。 二、Frank-Hertz实验 实验装置 K:热阴极 G:栅极 A：接收极 KG空间：加速、碰撞 GA空间：动能足够大的电子通过，到达A极 测量接收极电流与加速电压间的关系 三、改进的Frank-Hertz实验装置 作如下改进： 1、K极边上加旁热式极板 2、增加栅极G1，并使Hg蒸汽更稀薄，K G1间距小于电子的平均自由程 G1， G2等电位 K G1间：加速区 G1G2间：碰撞区 提高了测量精度 五、类氢离子的光谱 (1) 什么是类氢离子 只有一个核外电子的离子 结构与氢原子类似 (2) Pickering(毕克林)线系 1897年，发现来自一个星体的谱线系与Balmer线系相似——后证实是氦离子光谱线. ?半整数谱线 ?谱线位置偏移（蓝移） (3) 解释: 其中: 氦原子能量为: 代入下式,有: ★即出现半整数谱线. ★谱线位置蓝移 由上面公式可见 所以核质量MA增大时,里德伯常数RA增大导致光谱线蓝移. 正比于RA,故当RA增大时谱线兰移. ?又因为 ?解释:若假定存在同位素 ★理论值与实验结果一致, 肯定了氘（D）的存在 (理论值) (实验结果) Harold Clayton Urey 1893~ 1981 1932年发现了氘 James Franck ,1882~1964 Gustav Hertz ,1887~1975 Hg蒸汽 4.1V 9.0V 13.9V KG间加速电压（V） A极电流 0 当电子的加速电压为4.9V时，即电子的动能达到4.9eV时，可以使Hg原子由于吸收电子的能量而从基态跃迁到最近的激发态。 4.9V为Hg的第一激发电势 Hg蒸汽 * Niels Henrik David Bohr 1885-1962 1913年提出氢原子的Bohr模型 单色仪 激发光 发光材料 发射谱 入射光 吸收谱 吸收材料 波长可调激发光 固定波长光强 发光材料 紫 青 深绿 红 颜色 4101.20 4340.10 4860.74 6562.10 波长（?） Hδ Hγ Hβ Hα 名称 Balmer公式 其中 线系限波长 连续光谱区 (称为波数) (称为里德伯常数) (称为里德伯方程) ?由 改为: ?再令: ?代入(★)式,可得: (★) Balmer系 Paschen系 Brackett系 Pfund系 ?对于上式中的每一个m可以构成一个谱线系. ?“组合法则”:每一条光谱线的波数可以表示为两个与整数有关的函数项的差即: ?T(m)、T(n)称为光谱项 ★如此简单的物理规律之后必定隐藏着简单的物理本质！ n=,2,3,4…且n?m 其中: ?由上式可得: ?其中E为电子总能量,Ek电子动能. (b) 电子有加速度→辐射电磁波→能量减 少(更负.)→运动半径减小→被吸到核上(称为崩塌.)→电子轨道不稳定. (2)、经典理论认为氢光谱应为连续谱,实验结果却是离散谱. ?经典理论:粒子发光频率等于电子运动频率. 由 可得 ?由上