二章-原子的能級與輻射課件

1、第二章 原子的能級和輻射第二章 原子的能級和輻射2.1光譜(Optical Spectra ) -研究原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一2.1光譜(Optical Spectra ) 1、光譜光譜是電磁輻射（不論在可見區(qū)或在可見區(qū)外）的波長成分和強度分布的記錄；有時只是波長成分的記錄。光譜是研究原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一。1、光譜光譜是電磁輻射（不論在可見區(qū)或在可見區(qū)外）的波長成分2、光譜儀光譜儀：把光波按波長展開，把不同成分的強度記錄下來。光譜儀的分光器：棱鏡或光柵不同波長的光線會聚在屏上的不同位置，因此譜線的位置就嚴(yán)格地與波長的長短相對應(yīng)。2、光譜儀光譜儀：把光波按波長展開，把不同成分的強度記錄下來3、光

2、譜的類別線狀光譜Line Spectra; 帶狀光譜Band Spectra; 連續(xù)光譜Continuous Spectra發(fā)射光譜Emission Spectra; 吸收光譜Absorption Spectra; 3、光譜的類別線狀光譜Line Spectra; 發(fā)射光譜E2.2氫原子的光譜和原子光譜的一般規(guī)律1、巴爾末的氫原子經(jīng)驗公式2、氫原子光譜規(guī)律3、氫原子光譜的特點2.2氫原子的光譜和原子光譜的一般規(guī)律1、巴爾末的氫原子經(jīng)1、巴爾末的氫原子經(jīng)驗公式H ：紅色 656.210nmH ：深綠 486.074nmH ：青色 434.010nmH：紫色 410.120nm1、巴爾末的氫原子經(jīng)

3、驗公式H ：紅色 656.210n波數(shù)：線系限波數(shù)：巴爾末公式波數(shù)：線系限波數(shù)：巴爾末公式2、氫原子光譜規(guī)律賴曼系巴耳末系布喇開系普豐特系帕邢系2、氫原子光譜規(guī)律賴曼系巴耳末系布喇開系普豐特系帕邢系光譜項光譜項3、氫原子光譜的特點任一譜線的波數(shù)都可以寫成兩光譜項之差。光譜是線狀的，譜線有一定位置。譜線間有一定的關(guān)系。3、氫原子光譜的特點任一譜線的波數(shù)都可以寫成兩光譜項之差。光4、思考為什么氫原子光譜呈現(xiàn)出這種規(guī)律和特點，背后更層次的原因是什么？原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是什么樣的？4、思考為什么氫原子光譜呈現(xiàn)出這種規(guī)律和特點，背后更層次的原2.3玻爾的氫原子理論和關(guān)于原子的普遍規(guī)律2.3玻爾的氫原子理論和

4、關(guān)于原子的普遍規(guī)律1、電子在庫侖場中的運動庫侖力提供向心力：原子的能量：電子軌道運動的頻率：1、電子在庫侖場中的運動庫侖力提供向心力：原子的能量：電子軌2、經(jīng)典物理學(xué)的困難不能建立穩(wěn)定的原子模型 如果從盧瑟福的原子核式模型出發(fā)，那么根據(jù)經(jīng)典電動力學(xué)，電子的旋轉(zhuǎn)將引起電磁輻射，因此電子的軌道半徑會越來越小，最后掉入核里，正負電荷中和，原子發(fā)生坍縮。不能解釋分立的原子光譜 可以證明在這一過程中，電子的旋轉(zhuǎn)頻率不斷增加，輻射的波長也相應(yīng)地連續(xù)改變，那么原子光譜應(yīng)是連續(xù)譜。2、經(jīng)典物理學(xué)的困難不能建立穩(wěn)定的原子模型不能解釋分立的原子第二章-原子的能級與輻射課件3、玻爾理論(1)定態(tài)假設(shè)：電子繞核作圓周

5、運動時，只在某些特定的分立軌道上運動，在這些軌道上運動時，電子不向外輻射能量，所以稱為定態(tài)。(3)角動量量子化：電子處于上述定態(tài)時，原子中能實現(xiàn)的電子軌道是那些符合下列條件：(2)頻率法則：當(dāng)電子從能量高的軌道向能量低的軌道躍遷時，才能發(fā)生電磁輻射，其頻率滿足：吸收發(fā)射吸收吸收hn3、玻爾理論(1)定態(tài)假設(shè)：電子繞核作圓周運動時，只在某些特4、原子的能級(1)原子的軌道半徑電子的軌道運動速度：精細結(jié)構(gòu)常數(shù)：4、原子的能級(1)原子的軌道半徑電子的軌道運動速度：精(2)原子的能級氫原子軌道半徑是量子化的,能量是量子化的.(2)原子的能級氫原子軌道半徑是量子化的,能量是量子化的. 氫原子能級圖激發(fā)

6、態(tài)基態(tài)自由態(tài) 氫原子能級圖激發(fā)態(tài)基態(tài)自由態(tài)5、氫原子光譜5、氫原子光譜第二章-原子的能級與輻射課件第二章-原子的能級與輻射課件第二章-原子的能級與輻射課件第二章-原子的能級與輻射課件6、非量子化狀態(tài)與連續(xù)光譜（1）非量子化狀態(tài) 有些電子離原子核很遠，具有動能，總能等于動能mv02/2 ,當(dāng)這電子接近原子核時，路徑是雙曲線的一支，不閉合。這些電子的能量不是量子化的，可以是任何正值。6、非量子化狀態(tài)與連續(xù)光譜（1）非量子化狀態(tài) 有些電子離原子（2）連續(xù)光譜電子從非量子化軌道躍遷到一個量子化軌道。發(fā)出光的頻率可以連續(xù)變化。（2）連續(xù)光譜電子從非量子化軌道躍遷到一個量子化軌道。發(fā)出光2.4類氫離子的光

7、譜2.4類氫離子的光譜1、類氫離子類氫離子:原子核外邊只有一個電子的原子體系，但原子核帶有大于一個單元的正電荷。例如He+ ，Li+ ， Be+ 等1、類氫離子類氫離子:原子核外邊只有一個電子的原子體系，但原2、類氫離子光譜:畢克林系HHHHH25000cm-1200002、類氫離子光譜:畢克林系HHHHH25000cm類氫離子類氫離子3、里德堡常數(shù)的變化電子和原子核繞二者質(zhì)心運動。3、里德堡常數(shù)的變化電子和原子核繞二者質(zhì)心運動。體系的角動量量子化取得了m的地位。 體系的角動量量子化取得了m的地位。 隨原子核質(zhì)量M不同，各原子的RA是不同的。隨原子核質(zhì)量M不同，各原子的RA是不同的。2.5夫蘭

8、克赫茲實驗與原子能級2.5夫蘭克赫茲實驗與原子能級夫蘭克赫茲實驗?zāi)康模河秒娮优鲎苍邮乖訌牡湍芗壖ぐl(fā)到高能級，從而證明原子內(nèi)部能級的存在。 夫蘭克赫茲實驗?zāi)康模河秒娮优鲎苍邮乖訌牡湍芗壖ぐl(fā)到高能1、第一激發(fā)電勢的測定（1）實驗裝置 （2）實驗結(jié)果1、第一激發(fā)電勢的測定（1）實驗裝置 （2）實驗結(jié)果第二章-原子的能級與輻射課件讓加速后的低能電子與 汞原子碰撞，發(fā)現(xiàn)當(dāng)柵壓小于4.9v時，碰撞是彈性的，電子與汞原子（質(zhì)量很大）碰撞損失能量很少。板極電流隨柵壓v增加而上升；當(dāng)柵壓上升到4.9伏時，電流突然下降。（3）原因分析這個現(xiàn)象說明發(fā)生了非彈性碰撞，電子的4.9ev能量被汞原子全部吸收了。這

9、個能量正是汞原子從基態(tài)躍遷至低激發(fā)態(tài)所需的能量，它正對應(yīng)著兩個能級之差。當(dāng)汞原子從該激發(fā)態(tài)向下躍遷時，還會出現(xiàn)相應(yīng)的253.7nm的紫外光譜線。讓加速后的低能電子與 汞原子碰撞，發(fā)現(xiàn)當(dāng)柵壓小于4.9v時，第一激發(fā)電勢：使在電場中加速后的電子與原子碰撞，恰能使原子從基態(tài)激發(fā)到最近的激發(fā)態(tài)時，所需的電勢差。電離電勢：使在電場中加速后的電子與原子碰撞，剛足以使原子電離，所需的電勢差。第一激發(fā)電勢：使在電場中加速后的電子與原子碰撞，恰能使原子從(4)進一步驗證(4)進一步驗證2、較高激發(fā)電勢的測定在這個實驗裝置中，加速電子只要達到4.9ev，就被汞原子全部吸收了；因此不可能出現(xiàn)大于4.9ev能量以上的

10、非彈性碰撞，故不能觀察汞原子的更高激發(fā)態(tài)。為此他們作了進一步改進 2、較高激發(fā)電勢的測定在這個實驗裝置中，加速電子只要達到4.第二章-原子的能級與輻射課件2 .6 量子化通則2 .6 量子化通則1、量子化通則1、量子化通則例1: 玻爾量子化條件可由量子化通則得到。例1: 玻爾量子化條件可由量子化通則得到。例2: 普朗克能量量子化可由量子化通則得到。諧振子坐標(biāo): 動量: 諧振子能量: 得:例2: 普朗克能量量子化可由量子化通則得到。諧振子坐標(biāo): 2.7電子的橢圓軌道 與氫原子能量的相對論效應(yīng)2.7電子的橢圓軌道 與氫原子能量1、電子的橢圓軌道 電子在原子核的庫侖場中運動，是受于距離平方成反比的力

11、，一般應(yīng)是橢圓軌道運動，原子核處在橢圓的一個焦點上。圓形軌道只是橢圓軌道的特例。1、電子的橢圓軌道 電子在原子核的庫侖場中運動，是受于距離平2、橢圓軌道的量子化條件2、橢圓軌道的量子化條件3、橢圓軌道的特征3、橢圓軌道的特征能級是簡并的：即一個能級對應(yīng)著n個不同的運動狀態(tài),簡并度為n,當(dāng)n確定時，能量就確定了，半長軸也確定了，但是由于n可取由1 n共n個可能值,所以半短軸有n個，因而有n個不同形狀的軌道,其中一個是圓，(n-1)個是橢圓。例如 n =1,2,3時，各種可能的軌道形狀如下：能級是簡并的：即一個能級對應(yīng)著n個不同的運動狀態(tài),簡并度為na1n=1,n=1n=2,n=2n=2 ,n=12a04a06a03a09a0n=3,n=3n=3,n=2n=3,n=1例如 n =1,2,3時，各種可能的軌道形狀如下：a1n=1,n=1n=2,n=2n=2 ,n=12a04、相對論修正物體質(zhì)量隨速度而改變： 物體動能：橢圓軌道運動時電子的軌道不是閉合的，而是連續(xù)的進動。 4、相對論修正物體質(zhì)量隨速度而改變： 物體動能：橢圓軌道運動對橢圓軌道相對論修正:軌道的進動使得在n相同n不同的軌道上運動時能量略有差別。索末菲按相對論力學(xué)原理推得：對橢圓軌道相對論修正:軌道的進動使得在n相同n不同的軌道上2.8