高二物理競(jìng)賽類氫離子的光譜課件

原子核外只有一個(gè)電子的離子，但原子核帶有Z>1的正電荷，Z不同代表不同的類氫體系。類氫離子畢克林線系（1897年）1．類氫離子光譜He+，Li2+，Be3+，B4+，…Pickering從星光中發(fā)現(xiàn)類巴耳末系1、類氫離子的光譜按經(jīng)驗(yàn)公式:理論值：實(shí)驗(yàn)值：假設(shè)：原子核靜止，實(shí)際：核不是固定不動(dòng)的用原子核mA與電子me的折合質(zhì)量mμ來(lái)代替以上各式中的電子質(zhì)量me里德伯常數(shù)變化原子核質(zhì)量有限帶來(lái)的修正兩體問(wèn)題兩質(zhì)點(diǎn)在相互作用下運(yùn)動(dòng)質(zhì)心速度不變質(zhì)心系質(zhì)點(diǎn)1相對(duì)2的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于固定2后質(zhì)量為的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。在質(zhì)心系中，兩體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題等價(jià)于質(zhì)量為兩體約化質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)的單體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。RA<R∞M↑，RA↑里德伯常數(shù)隨原子核質(zhì)量變化的情況曾被用來(lái)證實(shí)氫的同位素—氘的存在。1932年，尤雷（H.C.Urey）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所攝液氫賴曼系的頭四條譜線都是雙線，雙線之間波長(zhǎng)差的測(cè)量值與通過(guò)里德伯常數(shù)R計(jì)算出的雙線波長(zhǎng)差非常相近，從而確定了氘的存在。起初有人從原子質(zhì)量的測(cè)定問(wèn)題估計(jì)有質(zhì)量是2個(gè)原子質(zhì)量單位的重氫。下面是美國(guó)物理學(xué)家尤雷觀察到的含有氫、氘兩種物質(zhì)的混合體的光譜系雙線，以及測(cè)量出的雙線間的波長(zhǎng)差。按照波爾理論：0.0002720.0002720.0002720.000272因?yàn)镽D>RH，所以對(duì)于同一譜線，對(duì)于同一條譜線，我們可以得到下面的關(guān)系式而氫核的質(zhì)量約是電子質(zhì)量的1836倍!故有里德伯常數(shù)隨原子核質(zhì)量變化的情況還可以測(cè)定原子量、原子核的荷質(zhì)比、質(zhì)子的質(zhì)量和電子的質(zhì)量之比等。里德堡原子當(dāng)多電子原子的外層一個(gè)電子被激發(fā)到量子數(shù)n很高激發(fā)態(tài)上時(shí)，它看到內(nèi)層電子屏蔽后的剩余電荷是+e，所以可以借助玻爾氫原子理論描述。這樣的原子稱里德堡原子。這樣的原子半徑很大，對(duì)n=250，r250~3.3μm

接近細(xì)菌大?。黄鋲勖埠荛L(zhǎng)，τ正比于n4.5

；但能級(jí)間距十分小，如，而室溫對(duì)應(yīng)的能量為kBT(=300)=0.026eV

，所以易受外界電磁場(chǎng)、溫度等的影響。實(shí)驗(yàn)思想：電子與原子的碰撞彈性碰撞非彈性碰撞：電子失去一部分或全部動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為原子內(nèi)部能量，使原子激發(fā)或電離。原子能級(jí)是分立的電子動(dòng)能損失是分立的1914年Franck和Hertz電子—汞蒸汽原子碰撞實(shí)驗(yàn)，直接而獨(dú)立地證明了原子內(nèi)部能級(jí)（能量的量子化）的存在。玻爾理論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(原子內(nèi)部能量量子化證據(jù))1、（類）氫原子光譜2、弗蘭克－赫茲實(shí)驗(yàn)K：熱陰極，發(fā)射電子KG區(qū)：電子加速，與Hg原子碰撞GA區(qū)：電子減速，能量大于0.5eV的電子可克服反向偏壓，產(chǎn)生電流電流突然下降時(shí)KG間的電壓相差都是4.9V，即KG間的電壓為4.9V的整數(shù)倍時(shí)，電流突然下降。UKGIG：柵極，相對(duì)陰極是正電壓A：板極，柵極是負(fù)電壓結(jié)果分析表明：汞原子的確有不連續(xù)的能級(jí)存在，而且4.9eV為汞原子的第一激發(fā)電勢(shì)。為什么更高的激發(fā)態(tài)未能得到激發(fā)？

改進(jìn)的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)（1920）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，加速電子只要達(dá)到4.9ev，就被汞原子全部吸收了；因此不可能出現(xiàn)大于4.9ev能量以上的非彈性碰撞，故不能觀察汞原子的更高激發(fā)態(tài)。為此他們作了進(jìn)一步改進(jìn)，如圖所示第一激發(fā)電勢(shì)——把電子在電場(chǎng)中加速，使它與原子碰撞剛好使原子從基態(tài)到達(dá)最近的激發(fā)態(tài)，所跨過(guò)的電勢(shì)差。當(dāng)＝4.68