氢原子光谱的的实验规律
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18.3 氢原子光谱(45张PPT)
分布。
C 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线, 这说明了太阳内部缺少对应的元素。
D 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线, 这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这说明 了太阳大气层内存在对应的元素。
随堂练习
1. 对原子光谱，下列说法正确 的是(ACD)．
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核 和电子组成的，所以各种原 子的原子光谱是相同的
X射线照射激发荧光， 通过分析荧光判断越王 勾践宝剑的成分．
（5）意义：原子光谱的不连续性反映出原子结构的不 连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
------光谱分析还为深入原子世界打开了道路。近代原 子物理学正式从原子光谱的研究中开始的。
研究原子结构规律有两条途径：
1.利用高能粒子轰击原子—轰出未知粒子来 研究(高能物理)；
σ其它谱系
三、经典理论的困难
三、经典理论的困难
卢瑟福的原子核式模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验。
卢瑟福原子核式模型无法解释原子光谱的分立特征
原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化 事实上：原子是稳定的 原子光谱是线状谱，频率不变
《波尔的原子模型》预习问题:
【问题1】什么是轨道量子化?什么是能量量子化? 【问题2】什么是能级？什么是基态?什么是激发态? 【问题3】什么是跃迁？什么是频率条件? 【问题4】画出氢原子n=1、2、3、4的能级图。
谱是线状谱
太阳光谱是吸收光谱，不连续 稀薄的氢气和钠蒸汽产生 的是原子光谱为线状谱
白光通过钠蒸汽产生的光谱是
4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册6
轨道图
能级图
量子数：按能级由低到高为1、2、3…n(n为 整数) 如：氢原子各能级可表示为
激发态
其他的状态
—— 基态 能量最低的状 态 （ 离核最近 ）
跃迁假设（频率条件) 跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。 电子从低能级向高能级跃迁
电子从基态向激发态跃迁，电 子克服库仑引力做功， 增大电势能，原子的能量增加 ，要吸收能量
巴耳末公式中的n应该是电子 从量子数分别为n=3,4,5…… 的能级向量子数为2的能级跃 迁时发出的光谱线
巴 耳 末 系
氢原子能级跃迁与光谱图
玻尔理论与巴耳末公式
请同学们用这几个公式推出巴耳末公式
结果与实验值符合的很好
玻尔理论与巴耳末公式
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
n=2n=1 n=3 n=4
n=5
n=6
玻尔理论与巴耳末公式
波尔的原子结构假说
玻尔
轨道量子化
玻尔原子 理论的基 能量量子化 本假设
跃迁假说
轨道量子化
1、轨道量子化：针对原子核式结构模型提出
分立轨道
围绕原子核运动的电子轨道 半径只能是某些分立的数值 ，即电子的轨道是量子化的 。电子在这些轨道上绕核的转动 是稳定的，不产生电磁辐射 。
能量量子化（定态）
原子的能量：原子的能量值是核外电子绕原子核运动时的动能 与原子所具有的电势能的总和。原子的不同能量状态
由不连续的亮线组成的光谱叫线状谱。由波长连续分布的光组成的 连在一起的光带叫连续谱。 原子的发射光谱时线状光谱。不同原子的发射光谱不相同
问题与练习
根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的两条谱 线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
氢原子光谱玻尔氢原子理论
根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量 量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的 电子轨道半径。
玻尔的氢原子理论
rn n2 (m0he22 ),n 1,2,3,
r1 0.5291010m 玻尔 半径
电子处在半径为 rn的轨道上运动时，可以计
算出氢原子系统的能量 En为
En
1 n2
பைடு நூலகம்
(8m0e2h4 2 ), n
● 量子化条件的引进没有适当的理论解释。 ● 对谱线的强度、宽度、偏振等无法处理。
氢原子光谱
例题18-6 在气体放电管中,用能量为12.5eV的电子通 过碰撞使氢原子激发,问受激发的原子向低能级 跃迁时,能发射那些波长的光谱线?
解： 设氢原子全部吸收电子的能量后最高能激发到第n
个能级，此能级的能量为
态跃迁到另一能量为 Ek的定态时，就要发射
或吸收一个频率为 kn 的光子。
kn
En
Ek h
玻尔频率公式
玻尔的氢原子理论
（3）量子化条件 在电子绕核作圆周运动中，
其稳定状态必须满足电子的角动量 L等于 h
的整数倍的条件。
2
L n h , n 1,2,3,
2
n为量子数
角动量量子化条件
3. 氢原子轨道半径和能量的计算
§18-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
1. 氢原子光谱的规律性
原子发光是重要的原子现象之一， 光谱学 的数据对物质结构的研究具有重要意义。
氢原子谱线的波长可以用下列经验公式表示：
~
R(
1 k2
1 n2
)
~ 1
k 1,2,3, n k 1, k 2, k 3,
波数
R 1.096776 107 m-1 里德伯常量
氢原子光谱实验
将实验结果与理论预测进行 比较，验证量子力学的相关 理论。
根据特征峰的波长和强度， 分析氢原子能级结构及其跃 迁规律。
根据实验结果，进一步探讨 氢原子光谱与其他原子光谱 的共性和差异。
04
结果分析
观察到的光谱类型
发射光谱
氢原子在受激跃迁时释放出的光 子，形成明亮的谱线。
吸收光谱
氢原子吸收特定频率的光子，导 致暗线出现在连续光谱背景上。
特征谱线
氢原子光谱中具有特定波长的谱 线，是氢原子能级跃迁的标志。
能级跃迁的判定
跃迁类型
确定是从高能级向低能级跃迁还是低能级向高能 级跃迁。
跃迁能量
通过测量谱线的波长或频率来确定能级跃迁所需 的能量差。
跃迁选择定则
根据量子力学原理，确定哪些能级间的跃迁是被 允许的。
与理论预期的比较
理论模型
比较实验结果与氢原子波尔模型 的预测，验证理论模型的准确性。
波长与能量
谱线的波长与能量之间存 在反比关系，即波长越短， 能量越高。
03
实验步骤
准备实验器材
氢气
选择纯度较高的氢气， 以减少其他气体对实验
结果的影响。
真空玻璃管
光源
光谱仪
用于装载氢气，保证实 验环境的真空度。
选择稳定、连续高分辨率和
低噪声性能。
参考文献
参考文献
[1] Atkins, P. W., & De Paula, J. (2005). Physical Chemistry for the Biosciences. Academic Press.
[2] Bersohn, R. L., & Guiochon, G. (1975). Experimental methods in physical chemistry. Academic Press.
第三节：氢原子光谱上课
人教版物理·选修3-5
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2．几种光谱的比较
比较 光谱
产生条件
光谱形式
应用
一些不连续的明线组成，
线状光谱 稀薄气体发光形成的光谱 不同元素的明线光谱不同 可用于光谱分析
(又叫特征光谱)
炽热的固体、液体和高压 连续分布，一切波长的光
连续光谱
不能用于光谱分析
气体发光形成的
都有
人教版物理·选修3-5
探究一：光谱分析法
（二）线状谱
1、实验器材
2、实验结果
探究一：光谱分析法
（二）线状谱
稀薄气体
金属蒸气
探究一：光谱分析法
4、不同线状谱的异同：
（1）各种原子的发射光谱都是 线状谱 （2）原子只发射几种特定频率 的光 （3）不同原子的发光频率是 不一样的
探究一：光谱分析法 思考：烟花中的五颜六色是什么原理呢？
这个公式打开了光谱奥秘的大门。找到了译解原子“密 码”的依据。
探究三：经典理论的困难
• 1、矛盾一：无法解释原子的稳定性 • 2、矛盾二：无法解释原子光谱的分立性
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
事实上： 原子是稳定的
辐射电磁波频率连续变化
辐射电磁波频率只是 某些确定值
人教版物理·选修3-5
第一：每一个n值分别对应一条谱线。 n的两层含义：
第二：n只能取正整数3，4，5······，不能 取连续值，说明了原子光谱波长的分立特 性（线状谱）。 除了巴耳末系,后来发现的氢光谱在红外和紫个光区 的其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
探究二：氢原子光谱的实验规律
三、实验结论：
原子量子理论 氢原子光谱-PPT精选文档
四. 用玻尔理论解释H光谱规律
1. H原子的轨道半径
2 2 e v m（ 向 心 力 为 库 仑 力 ） 2 4 r r 0
2 r n ( n
h 2 0 ) n r 1 2 me
1 e2 1 v v m v rn （ 角 动 量 量 子 在可见光范围内看到： 一红(656.3nm)、一蓝(486.1nm) 、二紫(434.1nm,410.2nm) 2. 巴耳末总结出符合实验的经验公式（可见区）：
1 1 1 R ( 22 ) 2 n ( n 取 正 整 数 )
71 R 1 . 0 9 7 1 0 m 里 德 伯 常 数
n 3 , 4 , 5 , 6 对 应 上 述 四 条 谱 线
3
3. 在红外区、紫外区分别观察到光谱系也符合上述公式：
1 1 1 R ( 22 ) (, k n 取 正 整 数 ) k n k 取 定 值 ， n k 的 正 整 数 ， 对 应 的 谱 线 构 成 谱 线 系
1 1 1 k 12 n , 3 , 4 R ( )紫 外 区 莱 曼 系 2 2 1 n
4 1 m e 1 E 2 ( 2 2) 2 E n 1 能量是量子化的 n 8 h n 0
4 m e E ( 22 ) 1 3 . 6 e V 基 态 能 量 1 8 h 0
n 1 基 态 能 量 也 是 最 低 能 量 ， 对 应 最 稳 定 状 态 ， 电 子 处 在 最 内 层 轨 道 n 1 各 不 同 定 态 ， 称 为 受 激 态
轨道是量子化的（因为L的量子化）
1 0 2 1 0
h nr 1 0 . 5 2 9 1 0 m 玻 尔 半 径 （ 第 一 轨 道 半 径 ） m e
氢原子光谱和玻尔的原子模型课件-高二物理人教版(2019)选择性必修第三册
3. n=1定态（基态），原子能 量最小，电子轨道半径最小；
4.能级为n 的原子，电子
轨道半径为 rn n2r1
能级越高，电子轨道半径越大
1 2
3
5.原子从高能级向低能级跃迁时_辐__射_光子，
轨道半径_减__小_，库仑力_做__正__功__，电势能_减__小_， 电子动能_增__加___，原子能量_减__小_。
氢原子光谱的其他线系
紫
外 线
莱曼线系
区
1
R
1
12
1 n2
n 2，3,4,
红
外 线
帕邢系
区
1
R
1
32
1 n2
n 4,5,6,
三、经典理论的困难
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
原子是稳定的
辐射电磁波频率连续变化
原子光谱是线状谱 —— 分立
经 电子绕核运动将不断 典 向外辐射电磁波，电 理 子损失了能量，其轨 论 道半径不断缩小，最 认 终落在原子核上,而使 为 原子变得不稳定。
实物粒子：电子、质子、中子等 原子能吸收实物粒子的部分动能。
例1 对于基态氢原子，下列说法中正确的是 A．它能吸收10.2 eV的光子 B．它能吸收11 eV的光子 C．它能吸收14 eV的光子 D．它能吸收具有11 eV动能的电子的部分动能
答案：ACD
2．如图所示为氢原子的能级图，若用能量为10.5 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子
答案：D
六、玻尔模型的局限性
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射 的电磁波的问题，但是也有它的局限性．
在解决核外电子的运动时 成功引入了量子化的观念
《氢原子的光谱》PPT课件
因此可以根据光谱来鉴别物质和确定物质 的组成成分。这种方法叫做光谱分析。 （2）光谱分析法由基尔霍夫开创的。 （3）优点：灵敏度高。样本中一种元素的 含量达到10-10g时就可以被检测到。 （4） 同种物质吸收光谱中的暗线与它明线 光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光 谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以 用于光谱分析。
B 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获 得光的波长成分和强度分布记录，这就是光谱。 即光谱不仅记录了光的波长分布，还记录了强度 分布。
C 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线， 这说明了太阳内部缺少对应的元素。
D在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线， 这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这说明
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7
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8
3 小结 ：各种光谱的特点及成因：
定义：由发光体直接产生的光谱
｛ 发
产生条件：炽热的固体、液体和高压气体
射 光
连续光谱
发光形成的 光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
光
｛ 谱 线状光谱
产生条件：稀薄气体、金属蒸气发光形成的光谱
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明线组成，不同
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12
1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光 区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的 波长可以用一个公式表示：
1R(212n12) n3,4,5,...
巴 耳 末 公 式R=1.10107m1 里 德 伯 常 量
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外 和紫个光区的其它谱线也都满足与巴耳末 公式类似的关系式。
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原子光谱的不连续性反映出原子结构的不 连续性，所以光谱分析也可以用于探索原 子的结构。
B 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获 得光的波长成分和强度分布记录，这就是光谱。 即光谱不仅记录了光的波长分布，还记录了强度 分布。
C 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线， 这说明了太阳内部缺少对应的元素。
D在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线， 这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这说明
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3 小结 ：各种光谱的特点及成因：
定义：由发光体直接产生的光谱
｛ 发
产生条件：炽热的固体、液体和高压气体
射 光
连续光谱
发光形成的 光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
光
｛ 谱 线状光谱
产生条件：稀薄气体、金属蒸气发光形成的光谱
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明线组成，不同
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1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光 区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的 波长可以用一个公式表示：
1R(212n12) n3,4,5,...
巴 耳 末 公 式R=1.10107m1 里 德 伯 常 量
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外 和紫个光区的其它谱线也都满足与巴耳末 公式类似的关系式。
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原子光谱的不连续性反映出原子结构的不 连续性，所以光谱分析也可以用于探索原 子的结构。
氢原子光谱实验
氢原子光谱实验⏹大学物理实验⏹作者高峰⏹理学院实验中心引言⏹氢原子光谱的谱线排列简单而且存在着规律性，它的线状谱线直接传达出了原子内部的信息，反映了原子能级结构。
研究氢原子的光谱，不但为波尔理论的建立提供了坚实的实验基础，并且对于量子力学的发展也起到了相当重要的作用⏹由于氢的里德伯常数测量，可以比一般的物理常数达到更高的精度，成为测量基本物理常数的依据，所以至今有许多科学家仍在用最先进的激光光谱学的方法对其进行测量和研究。
不断的减小了测量结果的不确定度，增加了结果的有效位数。
⏹传统的光谱分析，需要摄谱、暗室冲洗、测谱等阶段，实验周期较长。
组合式多功能光谱仪汲取了计算机和CCD 技术，一改传统摄谱仪用感光胶片的记录方法，使得光谱既可以在计算机屏幕上显示，又可以打印成谱图进行保存，大大缩短了实验的周期，增大了实验的精确程度。
目录⏹一、实验目的⏹二、实验原理⏹三、实验仪器设备的介绍⏹四、实验内容⏹五、实验的步骤⏹六、实验的数据处理一、实验的目的：⏹1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱线的波长，并将在空气中的波长修正为真空中的波长。
⏹2.测量计算各谱线的里德伯常数R H ，并求其平均值或用线性拟和的方法求出R H 。
⏹3.学习多功能组合光谱仪的使用。
二、实验原理⏹1.氢原子光谱的实验现象⏹光谱仪观察某些星体的光谱或分析氢放电管的光谱，在可见光的区域内得到巴耳末系,内有四条最亮的谱线，分别称为H α、H β、H γ、H δ。
谱线H αH βH γH δ波长（n m ）656.279486.133434.046410.173颜色红深绿青紫δλ（n m ）0.1810.1360.1210.116αH βH γH δH ∞H2.巴耳末用经验公式1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：Λ,5,4,3,nm 256.364222=-=n n nλ422-=n nB λΛ,5,4,3=n B=364.56 为一经验常数.3.里德伯公式:里德伯将此式改写成用波数表示的形式.⎪⎭⎫ ⎝⎛-==22~1211n R H λν4.里兹并合原理：里德伯.里兹发现碱金属光谱有类似的规律.)()(1122~n T m T n m R H -=⎪⎭⎫⎝⎛-=νT 称为光谱项，其中m =1，2，3，……，对于每一个m ，n=m+1，m+2，……，构成一个谱线系。
氢原子光谱 课件
365.46
n2 n2 22
nm,
n 3,4,5,
一系列分立的线状光谱
4101.7 4340.5 4861.3
6562.8
红
蓝
紫
巴尔末
瑞士数学家兼物 理学家巴耳末开始 研究工作时，可见 光区域的4条氢谱线 已经过埃姆斯特朗 等人大量较精确的 测定，紫外区的10 条谱线也在恒星光 谱中发现。
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
4、光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因
此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学 组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱 的不连续性反映出原子结构的不连续性， 所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
二、氢原子光谱的 实验规律
1、 氢原子光谱的实验规律
1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子
光谱可见光部分的规律:
一、光 谱
1、光谱 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱 镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光 带叫做光谱。
自然光光谱
光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还 是在不可见光区域）的波长成分和强度分布 的记录。有时只是波长成分的记录。
氢 原 子 光 谱 型
2、发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
1、经典理论的困难
卢瑟福的核式结构模型正确的指出了原 子核的存在，很好的解释了α粒子散射实验。 但是经典物理学既无法解释原子的稳定性， 有无法解释原子光谱的分立特征——经典 理论的困难。
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.
不能解释原子结构的稳定性
e
λ∞= 364 .56nm（波长最短）