第二章,氢原子光谱课件.ppt

第四节：夫兰克 – 赫兹实验 Back 第五节：玻尔理论的推广 根据玻尔理论，电子绕核作圆周运动，轨道量子数n取定后，就有确定的 和 ，即电子绕核的运动是一维运动，量子数n描述了这个规律。玻尔理论发表以后不久，索末菲（A.Sommerfeld）便于1916年提出了椭圆轨道的理论。这是由于1968年麦克尔逊和莫雷发现氢的Hα线是双线，相距 ，后来又在高分辨率的谱仪中呈现出三条紧靠的谱线。为了解释实验中观察到的氢光谱的精细结构，索末菲把玻尔理论中的圆轨道推广为椭圆轨道，并引入了相对论修正，定量计算出的氢的Hα线与实验完全符合。似乎问题已经得到解决，不过，我们将会看到，这一结果纯属巧合，实际上一条Hα线在高分辨率的谱仪中将出现七条精细结构。对此，玻尔-索末菲模型无法解释。 玻尔—索末非模型 碱金属的光谱 第五节：玻尔理论的推广 根据玻尔理论，用一个量子数n就可以描述电子绕核的运动.1916年，索末菲对玻尔的圆轨道模型作出了修正，提出了椭圆轨道模型，把电子绕核的运动由一维运动推广为二维运动，并用两个量子数n，l来描述这个系统。n称为主量子数，且n=1,2,3……; l称角量子数，它决定运动系统轨道角动量的大小，且n取定后，l=0，1，2，……，n-1。 按索末菲模型，n取定后 ，n与l的不同搭配，对应于不同的椭圆轨道，即椭圆的半长轴a取定后，共用n个不同的半短轴b。但理论计算表明，n个不同形状的椭圆轨道对应同一个能量。即能量E与主量子数n有关，而与角量子数l无关。 玻尔—索末非模型 Next 碱金属的光谱 第五节：玻尔理论的推广 玻尔—索末非模型 Back Next 碱金属的光谱 第五节：玻尔理论的推广 玻尔—索末非模型 Back 碱金属的光谱 第五节：玻尔理论的推广 碱金属的光谱 Next 玻尔—索末非模型 第五节：玻尔理论的推广 碱金属的光谱 Back Next 玻尔—索末非模型 第五节：玻尔理论的推广 碱金属的光谱 原子实是一个球形对称的结构，它里边的原子核带有Ze正电荷和（Z-1）e负电荷，在原子最外层运动的价电子好象是处在一个单位正电荷的库仑场中，当价电子运动到靠近原子实时，由于价电子的电场作用，原子实中带正电的原子核与带负电的电子的中心会发生微小的偏移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。这就是原子实的极化。 Back Next 玻尔—索末非模型 第五节：玻尔理论的推广 碱金属的光谱 极化而成的电偶极子的电场又作用于价电子，使它感受到除库仑场以外的另加的吸引力，有效电荷不再为一个单位的正电荷，这就引起能量的降低。对于同一n值，l值较小的轨道是偏心率较大的椭圆轨道，当电子运动到一部分轨道上时，由于离原子实很近，所以引起较强的极化，对能量的影响大；对l值较大的轨道来说，是偏心率不大的轨道，近似为圆形轨道，极化效应弱，所以对能量的影响也小。 可以看出，对能级产生影响的除了R值，还有有效电荷 ，通过前面的学习我们了解到R值是与核的质量联系着的，而原子实极化和轨道贯穿导致了碱金属和氢原子之间有效电荷的差别。当有效电荷 代替Z时，我们得到 (2) Back Next 玻尔—索末非模型 第五节：玻尔理论的推广 碱金属的光谱 Back Next 玻尔—索末非模型 第五节：玻尔理论的推广 Back 碱金属的光谱 玻尔—索末非模型 质心速度不变 质点1相对2的运动相当于固定2后质量为 的质点的运动。 质心系 * 3.氢原子光谱 光谱 获得或观察光谱的仪器 光谱仪 (1)光谱知识 是电磁辐射的波长成分和强度分布的记 录，有时只是波长成分的记录。是研究原 子结构的重要途径之一。 光 谱 种 类 连续光谱 线状光谱 带状光谱 炽热的固体或液体发出，具 有各种波长成分。 气态原子发出，只有某些波长，光谱由一条条清晰明亮的线组成。 气体分子发出，谱线分段密集，形成一个个带。 连续光谱 线状光谱 太阳光谱 钠的吸收光谱 Na H Hg Cu 棱镜摄谱仪 棱镜光谱仪示意图 狭缝 棱镜 屏 红 蓝 ?1 ?2 光源 准直仪 接受装置（照相底片或显微镜） 色散装置（棱镜或光栅） ?1?2 拍摄氢光谱；铁光谱 2．氢原子光谱 1885年 已观察到14条谱线 Balmer经验公式 1890年 Rydberg经验公式 光谱项 波数 赖曼（Lyman）系（紫外区） 1916年 巴耳末（Balmer）系（可见光区） 1885年 帕邢（Paschen）系（近红外区） 1908年 布喇开（Brackett）系（红外区） 1922年 普丰特（Pfund）系（远红外区） 1924年 分立线光谱 波数可表示为两光谱项之差 原子光谱特点： §3．玻尔氢原子理论 1．原子行星模型的困难 原子稳定性困难 电子加速运