《量子物理基础》PPT课件.ppt

第十六章 量子物理基础,1,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,1897年，Tomson在研究阴极射线时发现电子，并确认电子是原子的组成部分。,原子发光是原子的重要特征。不同原子所发光谱不同。对原子光谱的研究是探索原子内部结构的一条重要途径。,光谱 某元素电磁辐射的波长的记录。,线光谱：谱线分立。一条谱线对应一确定的波长。（原子）,带光谱：谱线分段密集。（分子）,连续光谱：包括各种波长。（固体）,第十六章 量子物理基础,2,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,一.实验规律,记录氢原子光谱原理示意图,氢放电管,23 kV,光阑,全息干板,三棱镜（或光栅）,光 源,第十六章 量子物理基础,3,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,里德伯常数,k=1(n=2,3,4,)谱线系 莱曼系（Lyman）,(2)Balmer总结的经验公式,k=2(n=3,4,5,)谱线系 巴耳末系（Balmer）,(1)分立、线状光谱,(3)除可见光谱外，在红外区和紫外区也观察到光谱系。,k=3(n=4,5,6,)谱线系 帕邢系（Paschen）,(n k),第十六章 量子物理基础,4,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,二.经典理论的困难,1911年，新西兰物理、化学家卢瑟福提出原子的核式结构。,发射的光谱应是连续光谱；,原子的核型结构是个不稳定系统；,1913年，年仅28岁的玻尔（Niels Bohr），在卢瑟福核型结构的基础上，创造性地把量子概念应用到原子系统，解释了近30年的光谱之谜。,玻尔在工作,玻尔 海森伯 泡利（自左至右）,第十六章 量子物理基础,5,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,2.跃迁假设,三.玻尔氢原子理论,1.定态假设,原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率,稳定状态,这些定态的能量不连续,不辐射电磁波,电子作圆周运动,v,（三条假设）,v,第十六章 量子物理基础,6,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,r,库仑力提供向心力,由上两式得,第 n 个定态的轨道半径为,3.角动量量子化假设,轨道角动量,玻尔半径,H原子中电子的轨道半径,第十六章 量子物理基础,7,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,r,定态能量,（在允许的轨道上具有的能量）,能量量子化,负号表示e受原子束缚,基态能量,（最稳定状态）,受激态,（形成能级）,第十六章 量子物理基础,8,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,En(eV),氢原子能级图,-13.6,-1.51,-3.39,0,n=1,n=2,n=3,n=4,n=5,n=6,第十六章 量子物理基础,9,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,说明：,（1）n越大，能量En越大，而相邻两能级之差E越小。,n时,En0，e成为自由电子，不受核束缚（游离态）。,E0，能量趋于连续（经典理论）。,（2）电离能：e从束缚态变成自由态所需最小能量,原子被电离：束缚的e释放出来需吸收能量,质子和自由电子结合成一个基态H原子：需释放能量，即辐射电磁波或发光。,（3）用可见光照射出于基态的H原子，e能否电离？,第十六章 量子物理基础,10,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,经验公式：,当时实验测得,其中计算得到,对里德伯常数的验证,理论公式,第十六章 量子物理基础,11,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,四 对玻尔理论的评价：,3.是半经典理论，仍保留了“轨道”概念。,2.定态假设和角动量量子化条件都是对的，,4.频率条件完全正确，一直沿用至今。,但是是硬加上去的。,1.提出了原子能量量子化。,量子概念用到了原子结构模型。,第十六章 量子物理基础,12,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,解:,例：当一个质子俘获一个动能Ek=13.6eV的自由电子组成一个基态氢原子时，所发出的单色光频率是多少?(普朗克恒量h=6.6310-34Js),质子和电子组成一个氢原子,组成前，它们的能量,组成后它们的能量,原子从高能态,低能态,是发光过程,两能态之差决定了发光频率,第十六章 量子物理基础,13,16.4 氢原子光谱 玻尔氢原子理论,例：已知电子的能量为12.76 eV，去轰击处于基态的H原子，H原子可跃迁到n=？的能级？H原子可能辐射的光谱数目为多少？,解：,En(eV),-13.6,-1.51,-3.39,n=1,n=2,n=3,n=4,n=5,-0.85,-0.54,各能态与基态的能级差为：,原子可跃迁到 n=4 的能级,可辐射的光谱数目为：,6,