高二物理競賽類氫離子的光譜課件

原子核外只有一個電子的離子，但原子核帶有Z>1的正電荷，Z不同代表不同的類氫體系。類氫離子畢克林線系（1897年）1．類氫離子光譜He+，Li2+，Be3+，B4+，…Pickering從星光中發(fā)現(xiàn)類巴耳末系1、類氫離子的光譜按經(jīng)驗公式:理論值：實驗值：假設：原子核靜止，實際：核不是固定不動的用原子核mA與電子me的折合質量mμ來代替以上各式中的電子質量me里德伯常數(shù)變化原子核質量有限帶來的修正兩體問題兩質點在相互作用下運動質心速度不變質心系質點1相對2的運動相當于固定2后質量為的質點的運動。在質心系中，兩體運動問題等價于質量為兩體約化質量的質點的單體運動問題。RA<R∞M↑，RA↑里德伯常數(shù)隨原子核質量變化的情況曾被用來證實氫的同位素—氘的存在。1932年，尤雷（H.C.Urey）在實驗中發(fā)現(xiàn)，所攝液氫賴曼系的頭四條譜線都是雙線，雙線之間波長差的測量值與通過里德伯常數(shù)R計算出的雙線波長差非常相近，從而確定了氘的存在。起初有人從原子質量的測定問題估計有質量是2個原子質量單位的重氫。下面是美國物理學家尤雷觀察到的含有氫、氘兩種物質的混合體的光譜系雙線，以及測量出的雙線間的波長差。按照波爾理論：0.0002720.0002720.0002720.000272因為RD>RH，所以對于同一譜線，對于同一條譜線，我們可以得到下面的關系式而氫核的質量約是電子質量的1836倍!故有里德伯常數(shù)隨原子核質量變化的情況還可以測定原子量、原子核的荷質比、質子的質量和電子的質量之比等。里德堡原子當多電子原子的外層一個電子被激發(fā)到量子數(shù)n很高激發(fā)態(tài)上時，它看到內(nèi)層電子屏蔽后的剩余電荷是+e，所以可以借助玻爾氫原子理論描述。這樣的原子稱里德堡原子。這樣的原子半徑很大，對n=250，r250~3.3μm

接近細菌大小；其壽命也很長，τ正比于n4.5

；但能級間距十分小，如，而室溫對應的能量為kBT(=300)=0.026eV

，所以易受外界電磁場、溫度等的影響。實驗思想：電子與原子的碰撞彈性碰撞非彈性碰撞：電子失去一部分或全部動能，轉化為原子內(nèi)部能量，使原子激發(fā)或電離。原子能級是分立的電子動能損失是分立的1914年Franck和Hertz電子—汞蒸汽原子碰撞實驗，直接而獨立地證明了原子內(nèi)部能級（能量的量子化）的存在。玻爾理論實驗驗證(原子內(nèi)部能量量子化證據(jù))1、（類）氫原子光譜2、弗蘭克－赫茲實驗K：熱陰極，發(fā)射電子KG區(qū)：電子加速，與Hg原子碰撞GA區(qū)：電子減速，能量大于0.5eV的電子可克服反向偏壓，產(chǎn)生電流電流突然下降時KG間的電壓相差都是4.9V，即KG間的電壓為4.9V的整數(shù)倍時，電流突然下降。UKGIG：柵極，相對陰極是正電壓A：板極，柵極是負電壓結果分析表明：汞原子的確有不連續(xù)的能級存在，而且4.9eV為汞原子的第一激發(fā)電勢。為什么更高的激發(fā)態(tài)未能得到激發(fā)？

改進的夫蘭克-赫茲實驗（1920）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，如圖所示第一激發(fā)電勢——把電子在電場中加速，使它與原子碰撞剛好使原子從基態(tài)到達最近的激發(fā)態(tài)，所跨過的電勢差。當＝4.68