资源简介

(共12张PPT)
氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
主要内容：
1. 氢原子光谱的实验规律
2. 玻尔的氢原子理论
3. 玻尔理论的缺陷和意义
氢原子光谱的实验规律
记录氢原子光谱的实验原理图
氢放电管
2~3 kV
光阑
全息干板
三棱镜
（或光栅）
光
源
（摄谱仪）
（氢原子的巴耳末线系）
410.2nm 434.1nm 486.1nm 656.3nm
（氢光谱的里德伯常量）
(3) k = 1 (n = 2, 3, 4, … ) 谱线系 —— 赖曼系 （1908年）
(2) 谱线的波数可表示为
k = 2 (n = 3, 4, 5, … ) 谱线系 —— 巴耳末系（1880年）
(1) 分立线状光谱
实验规律
经典物理无法解释氢原子光谱的实验规律
电子的运动频率将连续地增大→原子光谱应是连续的带状光谱，而且也不可能存在稳定的原子.
经典电磁理论：绕核运动的电子将连续不断地辐射与其运动频率相同的电磁波，能量和半径不断减小.
氢原子光谱：
赖曼系
巴耳末系
帕邢系
(2) 跃迁假设
玻尔的氢原子理论
(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
（定态）
(3) 角动量量子化假设
轨道角动量
r
向心力是库仑力
由上两式得, 第 n 个定态的轨道半径为
(2) 能量量子化
-13.6 eV
玻尔半径
(1) 轨道半径量子化：
玻尔假设应用于氢原子
En ( eV)
氢原子能级图
莱曼系k=1
巴耳末系k=2
帕邢系k=3
布拉开系k=4
-13.6
-1.51
-3.39
0
光频
n = 1
n = 2
n = 3
n = 4
n = 5
n = 6
(3) 波数(与实验对比)
当时实验测得
其中计算得到
玻尔理论的缺陷意义
成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来, 从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱线结构；
意义:
揭示了微观体系的量子化规律，为建立量子力学奠定了基础.
缺陷:
以经典理论为基础, 是半经典半量子的理论；
完全没涉及谱线的强度、宽度等特征;
不能处理复杂原子的问题.
例
双原子气体分子由质量为m的两个原子构成，这两个原子相隔一定距离 d 并围绕其连线的中垂线旋转，假定它的角动量象玻尔氢原子理论中一样，是量子化的，试确定其转动动能的可能值.
解
双原子分子绕轴旋转时角动量L为
角动量量子化时有
系统转动动能的可能值为
严格的量子力学理论给出分子转动动能为
F 取分立的值
分立的沉积线
μZ 取分立的值
μ 空间量子化
空间量子化
角动量
基态 Ag 原子的磁矩等于最外层价电子的磁矩，其 Z 取（2l+1 ）个值，则 F 可取（2l+1 ）个值，原子沉积线条数应为奇数（2l+1 ），而不应是两条.
实验观察到的磁矩 Z 是由价电子自旋产生的，且 Z 取 2 个值.
取离散值
S
N
F
Ag 原子气体
小结
n 1 2 3
l 0 0 1 0 1 2
ml 0 0 -1 0 1 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2
ms
Z 2 8 18
泡利不相容原理 (1925年)
在一个原子中, 不能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态 ，即它们不能具有一组完全相同的量子数（ n，l ，ml，ms）.
量子数为n 的主壳层最多容纳电子的最大数目
原子处于正常状态时，每个电子都趋向占据可能的最低能级
能量最小原理
能级高低
主量子数 n
决定
角量子数 l
影响

展开更多......

收起↑