氢原子光谱 原子分子物理技术及应用 教学课件

• （3）跃迁假设：原子从一个能级变化到另一个 能级（对应着电子从一条轨道转移到另一条轨 道）的过程叫跃迁
•
处于高能级的原子会自发地跃迁到低能级，同时
辐射出光子，辐射出的光子的能量为：
hEmEn
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•
处于低能级的原子在吸收了符合条件的光子后可
以跃迁到高能级，吸收的光子的能量必须满足：
hEmEn
• 原子不会吸收大于或小于这个能量的光子。但如果外来
• A．光电效应现象； • B．α粒子散射实验； • C．原子发光与经典电磁理论的矛盾； • D．天然放射现象。
• 例题2 对玻尔理论的下列说法中，正确的是 • A．继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和
电子轨道引入了量子化假设
• B．对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷 要辐射电磁波”的观点表示赞同
频率，随着电子轨道半径的连续变化，电子绕核
运行的频率也连续变化，辐射的电磁波的频率也 连续变化，因此，原子发出的光应该是包含一切 频率的连续光谱，但事实上原子光谱是不连续的
• 因此，经典电磁理论在微观世界中已经不适用， 人们急需建立新的原子理论
• 四 波尔对氢原子光谱的解释——玻尔的原子理论
• 1．玻尔的三个假设：
• 例题5 按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从 一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为 rb的圆轨道上，已知ra＞rb，则在此过程中
• A．原子要发出一系列频率的光子 • B．原子要吸收一系列频率的光子 • C．原子要发出某一频率的光子 • D．原子要吸收某一频率的光子
• 例题6 一个氢原子处于第三能级时，外面射来了 一个能量为13.96eV的光子，下列说法中正确的 是：
• （1）能级假设：原子只能处于一系列符合某种条件的 不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，
电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些能量
状态叫能级
•
各个能级必须满足的条件是：E n
E1 n2
n = 1，2，3…
• 其中n = 1的能级叫基态，其它的能级叫激发态，氢原
子的基态的能量为–13.6eV
• 一 原子光谱 • 1．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是
连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热 的钢水发出的光都形成连续光谱
• 三 经典电磁理论无法解释原子光谱
• 1．根据经典电磁理论，原子核将是不稳定的：
•
根据卢瑟福的原子核式结构模型，电子绕
核做匀速圆周运动，是有加速度的，按照经典电
• （2）轨道假设：原子的不同能级与电子绕核做圆周运 动的轨道一一对应，原子的能级是不连续的，所对应的 电子轨道也是不连续的。当电子在最靠近核的一条轨道 上运行时，对应着原子处于基态，当电子在第二条轨道 上绕核运行时，对应着原子处于第一激发态，……，当 电子脱离原子成为自由电子时，对应着原子已经被电离。
磁理论，做加速运动的电荷会辐射出电磁波，因
此电子的能量将逐渐减少，轨道半径将逐渐减小，
于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，发生
所谓的“坍塌”，因此，原子是不稳定的，但事
实上原子是稳定的
• 2．根据经典电磁理论，原子光谱应该是包含一 切频率的连续光谱：
•
按照经典电磁理论，电子绕核旋转时辐射
的电磁波的频率等于电子绕核做匀速圆周运动的
光子的能量足够大，原子吸收这个外来光子的能量后能
够立即被电离，则能量大于电离能的任何光子都能被原
子吸收
原子的能级跃迁对应着电子的轨道跃迁
• 2．玻尔理论对氢光谱的解释： • 当原子从激发态跃迁到基态时，发出的光就是莱曼系 • 当原子从n = 2以外的激发态跃迁到n = 2的激发态时，
发出的光就是巴尔末系 • 当原子从n = 3以外的激发态跃迁到n = 3的激发态时，
• B．原子放出光子，电子的动能减小，原子的电 势能减小，原子的能量减少；
• C．原子吸收光子，电子的动能减小，原子的电 势能增大，原子的能量增大；
• D．原子放出光子，电子的动能增大，原子的电 势能减小，原子的能量减少
• 例题8 用单色光照射一群原来处于基态的氢原子。 用E表示单色光子的能量，En表示氢原子处于量 子数为n的能级时的能量，N表示原子受光照射 发生跃迁时可能发出的不同波长的光谱线的数目。 若E = En – E1，E1为n = 1的能级的能量，则：
• C．用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原 子能量变化之间的定量关系
• D．玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经 典电磁理论和牛顿力学计算出来的
• 例题3 下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说 法是
• A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个 状态都对应一定的能量
• B．原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但 只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量
• C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定 要辐射一定频率的光子
• D．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道， 并且这些轨道是不连续的
• 例题4 根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运 动的半径
• A．可以取任意值 • B．可以在某一范围内取任意值 • C．可以取一系列不连续的任意值 • D．是一系列不连续的特定值
• A．氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子； • B．氢原子被电离，电离后的电子动能约为
0.36eV； • C．氢原子被电离，电离后的电子动能约为0； • D．氢原子吸收光子，但不电离
• 例题7 氢原子核外电子有一个轨道向另一个轨道 跃迁时，可能发生的情况是：
• A．原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电 势能增大，原子的能量增大；
发出的光就是帕邢系
• 五、玻尔理论的局限性： • 玻尔的理论只能成功地解释氢原子光谱，对于多
电子原子的光谱，玻尔理论就无能为力了。这是 因为在玻尔理论仍然过多地保留了经典理论，譬 如电子在确定的轨道上绕核做匀速圆周运动等牛 顿力学的理论，而牛顿力学在微观世界是不适用 的
• 例题1 玻尔理论（原子模型）的提出，是在研究 哪个物理事实后得出的？
• 原子各个能级的能量包括了电子运动的动能和电 势能。计算能量时取离核无限远处的电势能为零。 电子带负电，在原子核的电场中其电势能为负值， 电子在某一轨道上运动的动能总是等于电子处于 该轨道时的电势能绝对值的一半，因此总能量为 负值。例如：n=1，E1= –13.6eV；n=2，E2= – 3.4eV ； n=3 ， E3= –1.51eV ； n=4 ， E4= – 0.85eV，……