2022-2023学年高二物理竞赛课件：原子的能级和辐射

原子的能级和辐射 2023/7/30 2 原子的能级和辐射 卢瑟福原子核式结构模型的成就： 对粒子的散射实验给出了令人满意的解释，第一次正 确地解决了原子的内部结构问题。 存在的问题： 对核外电子的运动情况还没有令人满意的说明。 本章开始讨论原子中电子的运动规律： 研究原子常用的两种方法： （1）象Rutherford那样用探测粒子去轰击原子，观测 探测粒子的分布情况（原子结构模型建立采用）； （2）观察原子的发光，研究其光谱（电子运动规律）。 那么什么是光谱呢？首先进行一般性介绍。 2023/7/30 3 光谱的一般知识 一、光谱： 电磁辐射的波长成分和强度分布的记录，有时仅仅 是波长成分的记录。其实质是将电磁波按波长或频 率的大小依次排列的结果。一般指从红外到紫外可 用照相底片记录的这一部分。它是研究原子结构的 重要途径之一。 2023/7/30 4 二、光谱仪 能将混合光按不同波长（频率）成分展开成光谱的仪器。 注意：不同波长的光线会聚在屏上的不同位置，因此 谱线的位置就严格地与波长的长短相对应。 例如：利用三棱镜将太阳光（混合光）分为赤、橙、 红、绿、青、蓝、紫七种颜色。 光谱仪的组成：光源、分光器、记录仪。 若装有照相设备，则称为摄谱仪。 光谱仪的种类：棱镜光谱仪、光栅光谱仪。 2023/7/30 5 三、光谱的类别 按波长分：红外光谱、可见光谱、紫外光谱； 按产生分：原子光谱、分子光谱； 按形状分：线状光谱、带状光谱和连续光谱。 （1）线状光谱（原子光谱、标识光谱） 特点：光谱由一些分明的、清楚的细线组成。 线状光谱是由原子发射的，又称原子光谱。每一种 元素的原子都有自已独特的光谱，它就是这种原子 存在的标记，所以又称它为原子的标识光谱。 原子光谱与原子内部结构之间有着内在的联系。因此 原子光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径。 2023/7/30 6 （2）带状光谱（分子光谱） 谱线是由一些具有一定宽度的、明亮的带子组成，每 一个明带实际上是由一些密集的、波长相差很小的谱 线构成，这种光谱称作带状光谱，它由分子产生，又 称作分子光谱。 （3）连续光谱 有些光源所发的光，具有各种波长，相邻的波长相差 极小，谱线是连续排列的，这种光谱称为连续光谱。 固体加热所发出的光谱就是连续光谱。 2023/7/30 7 氢原子的光谱 1853年，氢光谱由埃格斯特朗（A.J. Åugström， 1814—1874）首先从氢放电管中获得。 到1885年，人们已在可见光和紫外光谱区发现了氢原 子光谱的14条谱线，其中可见光区有4条，分别用H、 H、H、H来表示，强度依次减弱，波长分别为： H：红 6562.10 H：深绿 4680.74 H：青 434 0 H：紫 4101.20 2023/7/30 8 巴耳末发现这些谱线可以用一个通式表示为 当n=3、4、5、6….等不同值时，由上式就分别给出了 氢原子光谱的H、H、H、H四条谱线。计算值和观 测值符合得很好，说明巴耳末公式是正确的。 讨论： 1)波长遵守巴耳末公式的这一系列谱线称为巴耳末线系 2)波长间隔沿短波方向递减 3)巴耳末线系中存在波长最短的一条谱线，称为巴耳末 线系的线系限λ∞。 一、巴耳末（Balmer）经验公式 2023/7/30 9 二、氢原子光谱的实验规律 1889年，瑞典物理学家里德伯（J.R.Rydberg, 1854 -1919）提出 称为波数，是单位长度内所含有的波长的 数目，单位为m-1。 称作里德伯常数 m、n都是正整数，对每一个m，n=m+1，m+2，m+3 ……构成一个谱线系。 里德伯公式是一个普适方程，适用于氢原子的所有谱线 2023/7/30 10 赖曼系： (m=1) 在紫外区，是1914年由赖曼发现的。 巴耳末系： (m=２) 在可见区 帕邢系： (m=３) 在近红外区，是1908年由帕邢发现的。 布拉开系： (m=４) 在中红外区，是1922年由布拉开发现的。 普丰特系： (m=５) 在远红外区，是1924年由普丰特发现的。 2023/7/30 11 综上所述，氢原子光谱有如下规律： （1）光谱是线状的，谱线有一定的位置。 （2）谱线的波数由两个光谱项之差决定： （3）当m保持定值，n取大于m的正整数时，可给出同 　　 一光谱系的各条谱线的波数。 （4）改变m数值，可给出不同的光谱线系。 以后将会看到，这四条规律对所有原子光谱都适用， 所不同的只