《原子物理学 Automic Physics》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 原子的能级和辐射

内容提要: 1、光谱 2、氢原子光谱的一般情况 3、玻尔氢原子模型 目的要求: 1、掌握氢原子光谱规律及玻尔基本假设 2、了解研究原子结构的光谱研究方法 重点难点: 1、氢原子光谱规律2、玻尔理论的提出。 回主页 第二章原子的能级和辐射

第二章 原子的能级和辐射 内容提要： 1、光谱 2、氢原子光谱的一般情况 3、玻尔氢原子模型 目的要求： 1、掌握氢原子光谱规律及玻尔基本假设 2、了解研究原子结构的光谱研究方法 重点难点： 1、氢原子光谱规律 2、玻尔理论的提出。 回主页

光谱一一研究原子结构的重要途径之 研究原子物理的两种方法是碰撞和光谱 下面我们来学习得用光谱对原子作进一步的了解。 牛顿在1666年观察到,通过小孔的太阳光在透过 棱镜时其后面形成一条彩色带。他称这条彩色带为太 阳光的光谱。 电磁辐射的强度按频率(或波长)分布的记录称为 光谱。 用光谱仪可以把光按波长展开,把不同成分的强 度记录下来,或把按波长展开后的光谱摄成相片.后 一种光谱仪称为摄谱仪 第二章原子的能级和辐射

光谱——研究原子结构的重要途径之一 第二章 原子的能级和辐射 研究原子物理的两种方法是碰撞和光谱 下面我们来学习得用光谱对原子作进一步的了解。 牛顿在1666年观察到，通过小孔的太阳光在透过 棱镜时其后面形成一条彩色带。他称这条彩色带为太 阳光的光谱。 电磁辐射的强度按频率(或波长)分布的记录称为 光谱。 用光谱仪可以把光按波长展开，把不同成分的强 度记录下来，或把按波长展开后的光谱摄成相片．后 一种光谱仪称为摄谱仪．

光谱一一研究原子结构的重要途径之 光谱的类别: (1)连续光谱(多为固体发燃阳光、白炽灯等光源 发出的光具有各种波长,光强随频率的变化是连续的, 当这种光通过分光元件形成的光谱就是连续光谱。 (2)带状光谱(分子发光有些光源发的光形成的光 谱是由许多片连续的光谱带组成的。 (3)线光谱(原子发光)一条条细线组成,这表明 这种光源发出的光只含有某一些频率(波长)成份, 其中每一条谱线代表一种波长,谱线间的间距代表波 长差。 第二章原子的能级和辐射

光谱——研究原子结构的重要途径之一 第二章 原子的能级和辐射 光谱的类别： （1）连续光谱（多为固体发光）： 太阳光、白炽灯等光源 发出的光具有各种波长，光强随频率的变化是连续的， 当这种光通过分光元件形成的光谱就是连续光谱。 （2）带状光谱（分子发光）：有些光源发的光形成的光 谱是由许多片连续的光谱带组成的。 （3）线光谱（原子发光）：由一条条细线组成，这表明 这种光源发出的光只含有某一些频率（波长）成份， 其中每一条谱线代表一种波长，谱线间的间距代表波 长差

光谱一一研究原子结构的重要途径之 发射光谱与吸收光谱: 直接对光源进行观测得到的光谱叫发射光谱 还有一种观察光谱的方法叫做吸收,就是将发 出连续光谱的光通过要研究的物质,再观测其光谱 原本连续的某些地方会变得不连续,也就是说某些 频率的光会被研究物质吸收掉。 19世纪时人们已经积累了丰富的关于光谱的知 识,基尔霍夫和本生提出,太阳光谱中的许多暗线 (从比较精密的光谱仪才能观测到)是太阳外表较低温 度大气的吸收谱线。 第二章原子的能级和辐射

光谱——研究原子结构的重要途径之一 第二章 原子的能级和辐射 发射光谱与吸收光谱： 直接对光源进行观测得到的光谱叫发射光谱 还有一种观察光谱的方法叫做吸收，就是将发 出连续光谱的光通过要研究的物质，再观测其光谱， 原本连续的某些地方会变得不连续，也就是说某些 频率的光会被研究物质吸收掉。 19世纪时人们已经积累了丰富的关于光谱的知 识，基尔霍夫和本生提出，太阳光谱中的许多暗线 (从比较精密的光谱仪才能观测到)是太阳外表较低温 度大气的吸收谱线

光谱一一研究原子结构的重要途径之 这些暗线有的与地球上的一些元素的谱线相对应 通过这种方法人们得知太阳大气的化学组成情况: 其中含量最丰富的元素是氢,其次是氦、氧、氮 和碳及其他金属和非金属元素。按质量计,氢占71% 氦占265%,其他元素占25 目前已经确定存在于太阳大气的元素约有69种, 它们在地球上都能找到。 光谱法是研究物质成份的主要方法,目前已是物 理学及化学中的一门重要的分支学科。 第二章原子的能级和辐射

光谱——研究原子结构的重要途径之一 第二章 原子的能级和辐射 这些暗线有的与地球上的一些元素的谱线相对应。 通过这种方法人们得知太阳大气的化学组成情况： 其中含量最丰富的元素是氢，其次是氦、氧、氮 和碳及其他金属和非金属元素。按质量计，氢占71%， 氦占26.5%，其他元素占2.5%。 目前已经确定存在于太阳大气的元素约有69种， 它们在地球上都能找到。 光谱法是研究物质成份的主要方法，目前已是物 理学及化学中的一门重要的分支学科

氢原子光谱 19世纪60年代以后,光谱研究成为一大热门课题。 人们在太阳光谱、合金光谱、氢光谱的测量上积累了 大量的数据资料同时很多物理学家都致力于对光谱 特别是氢光谱规律的研究 其中最明显也是最容易最早观察到的谱线分别 是 a线(红色,6562埃)、β线(深绿色,4860 埃)、γ线(青色,4340埃)、δ(紫色,4101埃)这 几条谱线用很简单的分光仪器就能观测到 第二章原子的能级和辐射

氢原子光谱 第二章 原子的能级和辐射 19世纪60年代以后, 光谱研究成为一大热门课题。 人们在太阳光谱、合金光谱、氢光谱的测量上积累了 大量的数据资料,同时很多物理学家都致力于对光谱 特别是氢光谱规律的研究。 其中最明显也是最容易最早观察到的谱线分别 是： α线（红色，6562埃）、β线（深绿色，4860 埃）、γ线（青色，4340埃）、δ（紫色，4101埃）这 几条谱线用很简单的分光仪器就能观测到

氢原子光谱 巴尔末通过仔细分析这些谱线的波长,提出了当 时测得的氢光谱线波长之间的规律。 λ=B m=314,5, 2一4 B=3645.6埃,当n趋于无穷大时,波长趋于B,称 为线系限。 这就是所谓的巴尔末公式,从公式中可以看出, 随着n的增大,波长减小向线系限靠近,并且谱线的 间隔越来越小。 第二章原子的能级和辐射

氢原子光谱 第二章 原子的能级和辐射 巴尔末通过仔细分析这些谱线的波长，提出了当 时测得的氢光谱线波长之间的规律。 B=3645.6埃，当n趋于无穷大时，波长趋于B，称 为线系限。 这就是所谓的巴尔末公式，从公式中可以看出， 随着n的增大，波长减小向线系限靠近，并且谱线的 间隔越来越小

氢原子光谱 1896年里德伯用波数v=1/表示发现公式变得更齐 些,得 4—B (n-1)=R(n-1) n=3,45, 3称为里德伯常数,等于10967758×107米1 随着研究的进一步进行,人们发现氢发出的光谱 线有一些不能用以上公式表示,但都可用类似的公式 表示出来,于是人们相继发现了其它几个线系分别是: 第二章原子的能级和辐射

氢原子光谱 第二章 原子的能级和辐射 1896年里德伯用波数 表示发现公式变得更齐 一些，得 n=3,4,5,… RH称为里德伯常数，等于1.0967758×107米-1 随着研究的进一步进行，人们发现氢发出的光谱 线有一些不能用以上公式表示，但都可用类似的公式 表示出来，于是人们相继发现了其它几个线系分别是： ( ) ( ) ~ 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 4 4 1 n B n H n n B = = = − = R − −    1/  ~ =

氢原子光谱 赖曼系(紫外区)=Rn n2≈2,3,4… (1916年) 巴尔末系(可见光区)=R-1.n=34595年 帕邢系(近红外区)=风,-1.=4, (1908华) 布喇开系(红外区)=R点 n≈5,6,7, (1922华) 普丰特系(远红外区)=R5n =6,78 (1924年) 综合起来可将所有的氢原子光谱表示为=R 其中m=1,2,3对每一个m,n=m+1,m+2,m+3构成 个线系。 第二章原子的能级和辐射

氢原子光谱 第二章 原子的能级和辐射 赖曼系（紫外区） 巴尔末系（可见光区） 帕邢系（近红外区） 布喇开系（红外区） 普丰特系（远红外区） 综合起来可将所有的氢原子光谱表示为 其中m=1,2,3…,对每一个m，n=m+1,m+2,m+3…构成一 个线系

氢原子光谱 若进一步用光谱项表示,则 D=T(m)-T(n) 结论:(1)氢原子光谱为线状谱。 (2)谱线间存在一定的关系。 (3)每一谱线都可表达成两个光谱项之差。 第二章原子的能级和辐射

氢原子光谱 第二章 原子的能级和辐射 若进一步用光谱项表示，则 结论：（1）氢原子光谱为线状谱。 （2）谱线间存在一定的关系。 （3）每一谱线都可表达成两个光谱项之差