原子的能級(jí)和輻射培訓(xùn)課件.ppt

1、第二章 原子的能級(jí)和輻射 精品2.1 光譜研究原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一 一、光譜 光譜是電磁輻射的波長(zhǎng)成分和強(qiáng)度的記錄。 有時(shí)只是波長(zhǎng)成分的記錄。 二、光譜儀 攝譜儀 精品三、光譜儀的工作原理 I 精品精品精品2.2 氫原子的光譜和原子光譜的一般情況 觀察到的情況是 精品叫波數(shù) 稱為里德伯常數(shù)巴耳末公式 線系限 線系限的波長(zhǎng)叫線系限波長(zhǎng) 線系限的波數(shù)，稱為線系限波數(shù) 這個(gè)公式所表達(dá)的這組譜線叫巴耳末線系 精品開列如下： 廣義巴耳末公式 精品光譜項(xiàng)用T來表示 根據(jù)光譜項(xiàng)的定義，可知?dú)湓拥墓庾V項(xiàng)有 ，用光譜項(xiàng)符號(hào)表示為 精品精品解： 的譜線是這個(gè)線系的線系限 精品精品2.3 玻爾的氫原子理論和關(guān)于

2、原子的普遍規(guī)律 一、電子在原子核庫(kù)侖場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 認(rèn)為原子核不動(dòng)，只是電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，則有 精品精品2、關(guān)于光譜的形式問題 二、經(jīng)典理論的困難 精品三、新的規(guī)律量子化 玻爾三點(diǎn)假設(shè)原子存在一系列不連續(xù)的有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)定態(tài)。 假設(shè)1 定態(tài)假設(shè) 第一激發(fā)態(tài)第二激發(fā)態(tài)第三激發(fā)態(tài)基態(tài)精品假設(shè)2 輻射的頻率法則 玻爾通過這條假設(shè)將原子狀態(tài)與原子光譜聯(lián)系起來。 精品假設(shè)3 角動(dòng)量量子化（量子化條件） 玻爾認(rèn)為：原子中能夠?qū)崿F(xiàn)的電子軌道只是那些符合條件 精品四、氫原子的能級(jí)和電子軌道半徑 1、電子軌道半徑 由 可得，精品精品2、氫原子的能量 精品n=2n=3n=4n=1精品五、光譜線系和能級(jí)躍遷 由

3、玻爾假設(shè) 可得氫原子發(fā)射光子的能量 考慮到 精品米-1， 這是玻爾理論推出的結(jié)果這是巴耳末根據(jù)光譜數(shù)據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果哈哈_，太好了，差距僅有0.06% 里德伯常數(shù)的理論值 里德伯常數(shù)的實(shí)驗(yàn)值 怎樣躍遷形成的？從能量為或者說是從量子數(shù)為 精品精品精品精品考慮到光譜公式 原子的能量 精品思考題：1、譜線是怎樣產(chǎn)生的2、為什么會(huì)形成了紫外、可見光、紅外、近紅外、遠(yuǎn)紅外區(qū)的線系。3、同一個(gè)線系的譜線為什么隨波數(shù)的增加相鄰的譜線間隔逐漸減小 精品思考題： 1、氫原子處于主量子數(shù)為3的狀態(tài)時(shí)，其電子軌道半徑、原子的光譜項(xiàng)、原子的能量（也說是電子的能量）各是多少？ 2、氫原子帕邢系第二條譜線是怎樣躍遷形成的

4、？精品解：對(duì)于基態(tài)氫原子 精品則知道這個(gè)線系是巴耳末線系 所以波長(zhǎng)是6563埃的譜線所對(duì)應(yīng)的始狀態(tài)的能量與半徑為 所對(duì)應(yīng)的始狀態(tài)的能量與半徑為 精品說明被激發(fā)到第三激發(fā)態(tài) 精品（2） （3）由能級(jí)躍遷圖可分析出帕邢系的那條條譜線波長(zhǎng)最短 n=2n=3n=4n=1賴曼系 巴耳末系 帕邢系 ？ 精品思考題：1、氫原子從主量子數(shù)為10的狀態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能會(huì)形成多少條譜線？分別屬于多少個(gè)線系？2、氫原子從主量子數(shù)為n的狀態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能會(huì)形成多少條譜線？分別屬于多少個(gè)線系？精品六、非量子化的狀態(tài)與連續(xù)光譜 1、幾個(gè)基本概念 激發(fā)： 原子吸收能量，從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)叫激發(fā)。 激發(fā)的方法

5、利用輻射 利用碰撞 （一般用高速電子與原子碰撞，對(duì)電子的能量沒要求，只要大于等于發(fā)生激發(fā)的兩個(gè)能級(jí)的能量差 ） （輻射的頻率必須滿足頻率法則或者說光子的能量必須恰好等于發(fā)生激發(fā)的兩個(gè)能級(jí)的能量差 ）精品電離： 使原子電離的方法 利用輻射使原子電離時(shí)，不受輻射頻率法則的限制。 第一激發(fā)電勢(shì)： 讓電子通過一段兩端電壓為U的電場(chǎng)，使其 獲得eU的動(dòng)能，如果這個(gè)能量恰好使原子從基態(tài)激發(fā)到第一激 發(fā)態(tài)，那么這個(gè)電壓值就叫做這個(gè)原子的第一激發(fā)電勢(shì) 精品電離電勢(shì)： 讓電子通過一段兩端電壓為U的電場(chǎng)，使其獲得 eU的動(dòng)能，如果這個(gè)能量恰好使原子被電離，那么這個(gè)電壓值 就叫做這個(gè)原子的電離電勢(shì)。 精品2、非量子

6、化的狀態(tài)與連續(xù)光譜 精品2.4 類氫離子的光譜 一、類氫離子光譜的具體例子 1、光譜事實(shí)精品2、試用玻爾理論的結(jié)論 精品類氫離子的光譜公式為 精品二、里德伯常數(shù)的變化 畢克林系 前面推知的，與是什么原子無關(guān) ？現(xiàn)在看來，與是什么原子的核有關(guān)精品比較二者的不同點(diǎn)可知它的來源肯定是原子核的質(zhì)量引起的 精品2.6量子化通則 量子化條件威爾遜、石原、索莫菲等人各自提出了量子化的普用法則 廣義坐標(biāo) P稱為廣義動(dòng)量 精品精品精品2.5 夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)與原子能級(jí) 一、激發(fā)電勢(shì)的測(cè)定 K G A 0.5V 精品精品最初進(jìn)行研究的是汞汽。在玻璃容器內(nèi)注入少量的汞，把空氣抽出，維持適當(dāng)?shù)臏囟?，可以得到汽壓合適的

7、汞汽 精品精品精品上文所說的4.9伏特稱作汞的第一激發(fā)電勢(shì) 實(shí)驗(yàn)中確觀察到這個(gè)光譜線，測(cè)得波長(zhǎng)是2537埃，與由激發(fā)電勢(shì)算得的符合。 精品二、較高的激發(fā)電勢(shì) 精品精品其他測(cè)得的激發(fā)電勢(shì)中，只有6.73伏特有相應(yīng)的光譜線被觀察到，波長(zhǎng)是1849埃。 從以上敘述的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)可以看到，原子被激發(fā)到不同狀態(tài)時(shí)，吸收一定數(shù)值的能量，這些數(shù)值不是連續(xù)的，足見原子的內(nèi)部能量是量子化的，也就是說確實(shí)證實(shí)了原子能級(jí)的存在。 精品2.7 電子的橢圓軌道與氫原子能量的對(duì)論效應(yīng) 一、量子化條件的引用與橢圓軌道的特性 精品根據(jù)量子化通則 精品精品精品精品精品在索末菲的橢圓軌道理論中推得原子的能量為，這與玻爾理論的結(jié)果一致

8、。這里我們會(huì)發(fā)現(xiàn)： 1、索末菲的理論包括了玻爾的理論，是玻爾理論的推廣。 精品二、相對(duì)論效應(yīng) 先提出圓，提出橢圓，橢圓又分幾種形狀，這里又提出了進(jìn)動(dòng)的橢圓 精品索末菲按相對(duì)論原理，進(jìn)一步求得了氫原子軌道運(yùn)動(dòng)的能量是 把E展成級(jí)數(shù) 精品圓形軌道半徑是 ，橢圓形軌道的半長(zhǎng)軸和半短軸分別是 精品2.8 史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)與原子空間取向的量子化 一、電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩 磁矩 電子繞核運(yùn)動(dòng) r 精品精品二、軌道取向量子化的理論 z 精品精品例如 1 0 -1 精品三、史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn) 最后打到照相底片P上，（原子的整個(gè)路徑抽成真空），這樣在顯象后的底片上會(huì)發(fā)現(xiàn)兩條黑斑，這說明原子經(jīng)過不均勻的磁場(chǎng)分成兩束

9、精品精品2.9 原子的激發(fā)與輻射 激光原理 一、原子同其他粒子的碰撞 非彈性碰撞又分兩類：第一類、第二類 精品二、原子的自發(fā)輻射 三、受激發(fā)射與吸收 狀態(tài)2狀態(tài)1精品四、激光原理 說明：1、在一般的情況下, 低能態(tài)的原子數(shù)目多于高能態(tài)的原子數(shù)目，大體有如圖的關(guān)系 2、原子與輻射場(chǎng)的作用發(fā)生躍遷的原子數(shù)都與輻射密度成正比，與起始狀態(tài)的原子數(shù)成正比。精品如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)呢？ 三能級(jí)方法 設(shè)有一多原子體系，是他的三個(gè)能級(jí) 精品2.10 對(duì)應(yīng)原理和玻爾理論的地位一、對(duì)應(yīng)原理 精品二、玻爾理論的地位（見教材75頁） 精品第二章學(xué)習(xí)要求精品精品第二章 練習(xí)題1.處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍適時(shí)，可能發(fā)出的譜總數(shù)為： A.4; B.6; C.10; D.12. 2.根據(jù)玻爾索末菲理論，n=4時(shí)氫原子最扁橢圓軌道半長(zhǎng)軸與半短軸之比為： A.1； B.