氢原子光谱讲义.ppt

除了黑体辐射、光电效应及康普顿散射外，经典物理还在原子的结构和原子光谱的谱线规律上，遇到重大困难。
1897年，人们发现了电子，并从实验中知道，电子是所有原子的基本组成部分。在这之后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘。
原子发光是重要的原子现象之一，对原子光谱的研究是了解原子内部结构的重要手段之一。
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氢原子光谱
原子结构的探索
卢瑟福原子有核模型：
① 原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。
② 电子绕原子核旋转。
③ 原子核的体积比原子的体积小得多。
原子半径~10-10m，原子核半径10-14 ~10-15m
关于原子的结构，人们提出各种不同的模型，经公认的是1911年卢瑟福在 粒子散射实验基础上提出的核式结构，即原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成。
原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。
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氢原子光谱
光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。
光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。
每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线“携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变化特色的“信息”。
通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。
19世纪80年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱规律实质是显示了原子内在的机理。
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记录原子光谱原理示意图
氢放电管
2~3 kV
光阑
全息干板
三棱镜
（或光栅）
光 源
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氢原子光谱
1885 年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱线归纳为巴耳末公式：
很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱，在可见光范围内有四条谱线。
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
Ha： 红色 ； Hb ；深绿
Hg ： 青色 ； Hd ；紫色
常数
巴尔末公式
一、氢原子光谱的实验规律
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氢原子光谱
氢原子巴尔末线系
当 n=3，4，5，6,为四条可见光谱线H、H、H、H
当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线。
巴尔末公式
Ha： 红色 ； Hb ：深绿
Hg ： 青色 ； Hd ；紫色
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式。
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氢原子光谱
波数：单位长度内所包含的完整波形数目。
为里德伯常数
令
氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。一个在紫外区，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别由帕邢、布喇开、普方德发现。
巴尔末公式
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式
巴尔末公式
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紫外 莱曼系：
可见光 巴尔末系：
红外区：
帕邢系：
布喇开系：
普方德系：
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氢原子光谱
莱曼系
巴尔末系
帕邢系
布拉开系
普方德系
氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：
式中：
n取从(m+1)开始的正整数，即
对应一个m就构成一个谱线系。
每一谱线的波数都等于两项的差数。
（广义巴尔末公式）
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氢原子光谱
令：
有：
称为光谱项。
氢原子光谱的规律：
1）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。
2）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系，它们的波长可以用一个公式表达出来，不同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项。
3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：
（里兹合并原理）
任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多光谱项中的两项之差， 这是里兹在1908年发现的。
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