原子物理课件第2章.ppt

3.几个概念 ?电离 ?电离电势 ?第一电离势 ?第一激发电势 ?第一激发能 * * §1．氢原子光谱 1．光谱及其分类 光谱（spectrum） 电磁辐射频率成分和强度分布的关系图 光源 分光器（棱镜或光栅） 纪录仪（感光底片或光电纪录器） 仪器：光谱仪 分类： a.按光谱结构分类 连续光谱 固体热辐射 线光谱 原子发光 第二章 氢原子的玻尔理论 带光谱 分子发光 b.按光谱机制分类 发射光谱 样品光源 分光器 纪录仪 吸收光谱 连续光源 样品 分光器 纪录仪 光谱由物质内部运动决定，包含内部结构信息 2．氢原子光谱的实验规律 a.1885年 已观察到14条谱线 Balmer经验公式 b.1890年 Rydberg经验公式 光谱项 波数 赖曼（Lyman）系（紫外区） 1916年 巴耳末（Balmer）系（可见光区） 1885年 帕邢（Paschen）系（近红外区） 1908年 布喇开（Brackett）系（红外区） 1922年 普丰特（Pfund）系（远红外区） 1924年 分立线光谱 波数可表示为两光谱项之差 原子光谱特点： c. d. §2．玻尔氢原子理论 1．原子行星模型的困难 a.原子稳定性困难 电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径不断减小，最后落入核内，原子塌缩。 原子寿命 b.光谱分立性困难 电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。 2．玻尔模型（1913年） 背景：能量子和光子假设、核式模型、原子线光谱 (1) 定态（stationary state）假设 电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动，且不辐射电磁波，能量稳定。 电子绕核运动频率 电子轨道和能量分立 (2) 跃迁（transition）假设 原子在不同定态之间跃迁，以电磁辐射形式吸收或发射能量。 吸收 发射 频率规则 (1) (2) (3) 角动量量子化假设 电子定态轨道角动量满足量子化条件： 玻尔半径 精细结构常数 基态（ground state） (3) (4) (5) 激发态（excited state） 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 实验值 能级 （energy level） 电子轨道 (4) 对氢原子光谱的解释 （5）角动量量子化来自电子的波动性 首尾位相相同的环波才能稳定存在 散射态 轨道不闭合，非量子化 与散射态有关的跃迁对应连续光谱 理论值 §3．类氢离子光谱 类氢离子:核外只有一个电子的离子 原子序数 化学价 He+，Li2+，Be3+，B4+，… 1．毕克林线系 1897年 Pickering从星光中发现类巴耳末系 Rydberg公式 He+光谱 （1） 2．玻尔类氢离子理论 核电荷 实验值 （2） Evans观测He+光谱，证实毕克林线系属其线系之一。 3．原子核质量有限带来的修正 误差超过1/104（光谱测量精度）的原因： 理论值忽略原子核的运动，相当于取核质量为无限大。 两体问题 两质点在相互作用下运动 质心 ? ? Mm/(M+m) 为折合质量. 质心系 核系 质心系 核系 1932年 Urey发现巴耳末系的双线结构，证实氘的存在，获1934年Nobel化学奖 4．Rydberg常数 练习 玻尔理论解释了原子光谱分立性和原子的稳定性 The Nobel Prize in Physics 1922 For his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them N. Bohr (1885-1962) §4．弗兰克－赫兹实验 原子光谱分立性 原子内部能量量子化证据 1. 1914年 Franck和Hertz实验发现原子经电子碰撞后吸收能量的分立性 K：热阴极，发射电子 KG区：电子加速，与Hg原子碰撞 GA区：电子减速，能量大于0.5 eV的电子可克服反向偏压，产生电流 非弹性碰撞，电子损失能量，激发Hg原子 弹性碰撞，电子几乎不损失能量 电子经过 次加速和非弹性碰撞，能量全部损失，电流最小。 缺陷：电子动能达到4.9 eV便经碰撞失去能量，无法达到更高动能。 K：旁热式热阴极，均匀发射电子，提高能量测量精度 KG1区：电子加速 G1G2区：电子与原子碰撞 G2A区：电子减速 2. 1920年 Hertz测得4.9 eV以上的高激发能 Franck改进实验装置 1924年 练习 计算 Hg原子由第一激发态到基态的跃迁谱线波长 J. Franck (1882-1964) G. Hertz (1887-1975) For their discovery of the laws governing the impact of an electron upon an