氢原子光谱玻尔理论zhao04全解.ppt

* 第十一章 量子物理 氢原子的线状光谱 玻尔理论 * 1、 卢瑟福的核式模型或称行星模型 11.10 氢原子线状光谱 玻尔氢原子理论 粒子:质量是电子的7500倍； 电量是电子的2倍 选其速度 v=c/15 R D F S M ? 结果：大多数 ? 粒子经过 金属箔后与原来运 动方向偏离不多， ?较小；少数?粒子 的 ? 角很大，有的 近似 1800，几乎被 弹回！ R:?粒子 源；D：狭缝；F：金属箔；S：可沿圆弧运动的荧光屏M：放大镜；?：散射角。 11.10.1 氢原子光谱的规律性 ? ? 卢瑟福原子有核模型 原子中央是一个几乎占有全部原子质量的带有正电的核，电子在核的周围绕核运动。 核的半径比原子半径小得多，约为10-14—10-15m 2、氢原子光谱的规律 1885年巴耳末在研究原子光谱规律时发现，氢原子光谱在可见光波段的几条谱线呈规律性分布。如下图所示。 氢原子在可见光波段的线光谱（实验测定） 称 为里德伯常数 称为巴耳末系 经验公式 H? H? H? H?········H? 656.3nm 486.3nm 434.0nm 410.1nm 364.6nm 光谱学中，经常用波数表示： 莱曼系 紫外 巴尔末系 可见光 帕邢系 布拉开系 普丰德系 汉弗莱系 红外 从20世纪初到1924年，由赖曼等人相继发现了一系列谱线，其经验公式： 实验表明：氢原子光谱发波数经验公式： 对于确定的 组成一个线系。 对于不同的m，则构成不同的线系。 1890年，里德伯、里兹等人，在研究了其他 元素的后指出，光谱可分为若干系，波数可用两 个函数的差值表示，即： T(m)、T(n)称为谱项。 当m一定时，由不同的n构成一个谱系； 不同的m构成不同的谱系。 3、里兹并合原理 4、原子光谱的实验规律 （1）谱线的波数由两个谱项的差值决定； （2）如果前项的参变量为定值，当后一谱项的参 变量给出不同值时，将给出同一谱系的不同 谱线。 （3）改变前谱项的参变量数值时，将给出不同谱 系。 由此可见：每一谱系的谱线都是分立的、不连续！ 11.10.2 玻尔氢原子理论及其局限性 1、 卢瑟福的有核模型与经典理论的矛盾 + + 根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波 . 原子不断地向外辐射能量， 能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱； 由于原子总能量减小，电子 将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定 . 2 玻尔的三个假设 假设一 电子在原子中，可以在一些特定的轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（定态），并具有一定的能量. 量子化条件 频率条件 假设二 电子以速度 在半径为 的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量 等于 的整数倍的那些轨道是稳定的 . 主量子数 假设三 当原子从高能量 的定态跃迁到低能量 的定态时，要发射频率为 的光子. 3、 玻尔理论的局限性 逻辑上：（1） 为什么氢原子内核与电子的静电 作用是有效的，而加速电子在定 态时辐射电磁波的能力消失了。 （2）对稳定态间跃迁过程中发射和吸 收辐射的原因不清。 实际上：（1） 对复杂的碱金属谱线难以说明。 即使是氦原子理论计算与实验结 果差距较大。 （2）不能解释谱线具有的精细结构， 即每一条谱线在磁场中分裂成若干 很近的谱线。 将角动量量子化 11.10.3 氢原子光谱规律的玻尔理论解释 1、 氢原子轨道半径和能量的计算 （1） 轨道半径的计算 核外电子的最小轨道半径