高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 3 氫原子光譜素材 新人教版選修3-5(2021年最新整理)

1、高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 3 氫原子光譜素材 新人教版選修3-5高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 3 氫原子光譜素材 新人教版選修3-5 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 3 氫原子光譜素材 新人教版選修3-5）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時(shí)也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進(jìn)步，以下為高中物理 第十八章 原

2、子結(jié)構(gòu) 3 氫原子光譜素材 新人教版選修3-5的全部內(nèi)容。6氫原子光譜氫原子光譜（atomic spectrum of hydrogen）是最簡單的原子光譜。由a。埃斯特朗首先從氫放電管中獲得,后來w.哈根斯和h.沃格耳等在拍攝恒星光譜中也發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜線。到1885年已在可見光和近紫外光譜區(qū)發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜的14條譜線，譜線強(qiáng)度和間隔都沿著短波方向遞減。其中可見光區(qū)有4條，分別用h、h、h、h表示，其波長的粗略值分別為656。28nm（納米）、486。13nm、434.05nm和410.17nm.氫原子光譜是氫原子內(nèi)的電子在不同能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射或吸收不同頻率 的光子形成的光譜.氫原子光譜為不

3、連續(xù)的線光譜。發(fā)現(xiàn)簡史玻爾模型描述的氫原子光譜85年，瑞士數(shù)學(xué)教師j.巴耳末發(fā)現(xiàn)氫原子可見光波段的光譜巴耳末系，并給出經(jīng)驗(yàn)公式。1908年，德國物理學(xué)家弗里德里希帕邢發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜的帕邢系,位于紅外光波段的譜線。1914年，物理學(xué)家西奧多萊曼（theodore lyman)發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的萊曼系，位于紫外光波段。1922年,物理學(xué)家f。布拉開發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的布拉開系，位于近紅外光波段。1924年，物理學(xué)家奧古斯特普豐特發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的普豐特系，位于遠(yuǎn)紅外光波段.1953年，物理學(xué)家柯蒂斯?jié)h弗萊發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的漢弗萊系，位于遠(yuǎn)紅外光波段。光譜系列氫原子由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子構(gòu)成，是最簡單的原子，

4、因此其光譜一直是了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的主要依據(jù)。研究其光譜，可以借由外界提供能量，使氫原子內(nèi)的電子躍遷至高能級(jí)后,在跳回低能級(jí)的同時(shí)，會(huì)放出躍遷量等同兩個(gè)能級(jí)之間能量差的光子，再以光柵、棱鏡或干涉儀分析其光子能量、強(qiáng)度，就可以得到其發(fā)射光譜的明線。以一定能量、強(qiáng)度的光源照射氫原子，則等同其能級(jí)能量差的光子會(huì)被氫原子吸收，得到其吸收光譜的暗線。另外分析來自外太空的氫原子的光譜并非易事，因?yàn)闅湓诖笞匀恢幸噪p原子分子存在。依其發(fā)現(xiàn)譜線所在的能量區(qū)段可將其劃分為萊曼系、巴耳末系、帕邢系、布拉開系、芬德系和漢弗萊系。光譜線公式1885年瑞士物理學(xué)家j。巴耳末首先把上述光譜用經(jīng)驗(yàn)公式：紅外區(qū)、可見區(qū)、紫外區(qū)的

5、線狀光譜圖=bn2/(n222）（n=3,4，5，）表示出來，式中b為一常數(shù)。這組譜線稱為巴耳末線系。當(dāng)n時(shí)，b,為這個(gè)線系的極限，這時(shí)鄰近二譜線的波長之差趨于零.1890年j。里德伯把巴耳末公式簡化為：1/=rh（1/221/n2)（n=3,4,5，）式中rh稱為氫原子里德伯常數(shù),其值為 (1.0967758540。000000083）107m1。后氫光譜儀及氫原子可見光光譜圖來又相繼發(fā)現(xiàn)了氫原子的其他譜線系，都可用類似的公式表示.波長的倒數(shù)稱波數(shù)，單位是m-1，氫原子光譜的各譜線系的波數(shù)可用一個(gè)普遍公式表示：=rh(1/m21/n2)對(duì)于一個(gè)已知線系，m為一定值，而n為比m大的一系列整數(shù)。

6、此式稱為廣義巴耳末公式.氫原子光譜現(xiàn)已命名的六個(gè)線系如下：萊曼系m=1,n=2，3，4,紫外區(qū)巴耳末系m=2,n=3,4,5，可見光區(qū)帕邢系m=3，n=4,5，6,紅外區(qū)布拉開系m=4，n=5，6，7,近紅外區(qū)普豐特系m=5，n=6,7，8，遠(yuǎn)紅外區(qū)漢弗萊系m=6，n=7,8,9,遠(yuǎn)紅外區(qū)廣義巴耳末公式中，若令t(m）=rh/m2,t（n)=rh/n2,為光譜項(xiàng)，則該式可寫成=t（m）t（n）。氫原子任一光譜線的波數(shù)可表示為兩光譜項(xiàng)之差的規(guī)律稱為并合原則,又稱里茲組合原則.對(duì)于核外只有一個(gè)電子的類氫原子（如he+，li2+等）,廣義巴耳末公式仍適用,只是核的電量和質(zhì)量與氫原子核不同，要對(duì)里德伯

7、常數(shù)r作相應(yīng)的變動(dòng)。當(dāng)用分辨本領(lǐng)很高的分光儀器去觀察氫原子的各條光譜線時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們又由若干相近的譜線組成，稱為氫原子光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。它來源于氫原子能級(jí)的細(xì)致分裂，分裂的主要原因是相對(duì)論效應(yīng)以及電子自旋和軌道相互作用所引起的附加能量?？捎傻依说南鄬?duì)論性波動(dòng)方程得到解釋。由此算得氫原子的能級(jí)公式為:e=hcr/n2hcr2/n31/(j+1/2)(3/4)n式中h為普朗克常數(shù);c為真空中的光速；r為里德伯常數(shù)；n為主量子數(shù)；j為總角動(dòng)量量子數(shù)；稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，其值很小，因此第二項(xiàng)遠(yuǎn)小于第一項(xiàng)。如果忽略第二項(xiàng)，上式就是玻爾氫原子理論的氫原子能級(jí)公式；若保留第二項(xiàng)，則每一主量子數(shù)為n的能級(jí)都按不

8、同的總角動(dòng)量量子數(shù)j表現(xiàn)出其精細(xì)結(jié)構(gòu)。但這個(gè)公式中不含軌道角動(dòng)量量子數(shù)l,而j=l1/2，這說明按量子力學(xué)理論氫原子兩個(gè)不同l，而n、j相同的能級(jí)具有相同的能量,對(duì)l是簡并的。精細(xì)結(jié)構(gòu)還與原子序數(shù)有關(guān)，氫能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)分裂比其他原子（如鈉)的小。早期用高分辨光譜儀器曾觀察到氫的h線的部分精細(xì)結(jié)構(gòu)，分析后發(fā)現(xiàn)與量子力學(xué)理論有細(xì)微不符之處。1947年w.蘭姆和r.雷瑟福用原子束磁共振法發(fā)現(xiàn)氫的2s1/2比2p1/2高出1,057.8mhz，這就是著名的蘭姆移位.為解釋這種現(xiàn)象發(fā)展起了量子電動(dòng)力學(xué)理論。氫光譜的研究曾促成了量子力學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在又成為推動(dòng)和驗(yàn)證量子電動(dòng)力學(xué)發(fā)展的最重要的實(shí)驗(yàn)方法之一。到

9、2000年，測量氫某些譜線頻率的精度已達(dá)10-13量級(jí)，由此推出的里德伯常數(shù)的精度達(dá)1012量級(jí)。經(jīng)典理論局限盧瑟福的核式結(jié)電磁波連續(xù)光譜構(gòu)模型正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)。但是連續(xù)光譜和原子發(fā)射光譜（ 線狀光譜)比較無法解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征.按照經(jīng)典物理學(xué)，核外電子受到原子的庫侖引力的作用，不可能靜止，必定以一定的速度繞核轉(zhuǎn)動(dòng)。電子轉(zhuǎn)動(dòng)引起電磁場變化，激發(fā)電磁波,以電磁波的形式輻射。因此，電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的原子系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，電子失去能量，最終將落在原子核上.但是事實(shí)上原子是個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電子輻射的電磁波的頻率，就是它繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率。電子轉(zhuǎn)動(dòng)

10、能量越小，離原子核就越近，轉(zhuǎn)動(dòng)就越快。這個(gè)變化是連續(xù)的，應(yīng)該可以觀察到原子輻射的各種頻率（波長）的光，即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的，但實(shí)際上觀察到的是分立的線狀譜。經(jīng)典物理學(xué)理論不可克服的內(nèi)在矛盾說明，盡管經(jīng)典理論能解釋宏觀現(xiàn)象,但不能解釋原子的微觀現(xiàn)象,引入新的物理觀念是非常必要的。玻爾理論詮釋玻爾氫原子理論是氫原子光譜與電子躍遷闡述氫原子結(jié)構(gòu)的半經(jīng)典理論。是n.玻爾結(jié)合了m。普朗克的量子概念、丹麥物理學(xué)家 n。bohr里德伯里茲組合原則和e.盧瑟福關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型,于1913年提出來的.玻爾理論的基本假定是： 原子核外的電子，只能在一系列無輻射的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)，這種特殊的力學(xué)平衡狀態(tài)可以用

11、經(jīng)典力學(xué)方法處理。 當(dāng)一個(gè)原子從一個(gè)能量為ei的定態(tài)，躍遷到另一個(gè)能量為ef的定態(tài)時(shí)，就產(chǎn)生輻射（或吸收），輻射頻率v與躍遷始末的兩個(gè)定態(tài)能量之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定：eief|=hv根據(jù)玻爾的基本假定，可以推導(dǎo)出氫原子光譜的巴耳末系、帕邢系、賴曼系、布拉開系、芬德系以及漢弗萊系的公式。玻爾又假定電子與核之間的相互作用力主要是庫侖力。玻爾認(rèn)為,電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)。玻爾理論突破了經(jīng)典概念，提出了定態(tài)、量子化條件、分立能級(jí)、能級(jí)間的躍遷等極其重要的概念，第一次從理論上解釋了氫原子光譜的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，成就是巨大的。另一方面，玻爾理論仍未能脫離經(jīng)典理論的束縛，因而具有很大的局限性.正確的理論要建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)之上。事實(shí)上,根據(jù)量子力學(xué)，當(dāng)原子處于定態(tài)時(shí)，其概率密度不隨時(shí)間變化。原子的電荷密度是由它的概率密度與電子的電荷量共同決定的.一個(gè)穩(wěn)定的電荷分布體系是不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射的,所以定態(tài)時(shí)原子不輻射電磁波。而對(duì)于原子躍遷過程當(dāng)中,經(jīng)計(jì)算，可知其概率密度將會(huì)以頻率v=em-en/h隨時(shí)間振蕩，該頻率恰巧也與玻爾理論所給出的相同。概率密度隨時(shí)間振蕩意味著在周圍發(fā)現(xiàn)電子的概率會(huì)隨時(shí)