原子物理第二章讲课.ppt

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根据玻尔理论,原子内部两能级之间的跃迁产生该原子的谱线,实验观察表明,碱金属元素的光谱主要分为四个线系 主线系: 从高P态向最低S态跃迁产生; 锐线系: 从高S态向最低P态跃迁产生; (又称第二辅线系) 漫线系: 从高D态向最低P态跃迁产生; (又称第一辅线系) 基线系: 从高F态向最低D态跃迁产生。 (又称柏格曼系) 比如对于锂元素来说,它的四个线系分别是: 主线系: 锐线系: 漫线系: 基线系: 作业:P72:13,14 Presentation 1j题目1:黑体辐射随波长的变化规律 目标: 1.根据普朗克公式,计算斯特藩常数及维恩常数。 2.以温度为参量,通过计算给出单色辐射本领随波长的变化规律(图像); Presentation 1j题目2: 氢原子、类氢离子及碱金属原子光谱特性 目标: 1.设计一个程序,根据程序可直接导出氢原子、类氢离子及碱金属原子的能级、光谱特征 2.给出氢原子、类氢离子及碱金属原子的能级、光谱特征图像; 3.设计一个图型界面,输入原子类型,即可给出其光谱特征; 解: 由 ,得: 所以该类氢离子是Li2+. 由于 所以动能为110eV的电子能将Li2+激发至n=3的激发态,可得三条谱线,波长分别为: 例:对于氢原子、一次电离的氦离子He+和两次电离的锂离子Li2+,分别计算它们的:(1)第一、第二玻尔轨道半径及电子在这些轨道上的速度;(2)电子在基态的结合能;(3)第一激发电势及共振线的波长。 解:(1)He+: (m /s) (m /s) Li2+: (m /s) (m /s) (2)电子在基态的结合能等于把电子从基态电离所需要的能量: 对于He+有: (e V) (e V) 对于Li2+有: (3) 对于He+有: (eV) 所以He+的第一激发电势为40.8V 对于Li2+有: (eV) 所以Li2+的第一激发电势为91.8V. 共振线波长: 第四节:夫兰克 -- 赫兹实验 按照玻尔(Bohr)理论在原子内存在一系列分立的能级,如果吸收一定的能量,就会从低能级向高能级跃迁,从而使原子处于激发态,而激发态的原子回到基态时,也必然伴随有一定频率的光子向外辐射。 光谱实验从电磁波发射或吸收的分立特征,证明了量子态的存在,而夫兰克-赫兹实验用一定能量的电子去轰击原子,把原子从低能级激发到高能级,从而证明了能级的存在。 在玻尔理论发表的第二年,即1914年,夫兰克和赫兹进行了电子轰击汞原子的实验,证明了原子内部能量的确是量子化的。可是由于这套实验装置的缺陷,电子的动能难以超过4.9ev,这样就无法使汞原子激发到更高的能态,而只得到汞原子的一个量子态——4.9ev。 1920年,夫兰克改进了原来的实验装置,把电子的加速与碰撞分在两个区域内进行,获得了高能量的电子,从而得到了汞原子内一系列的量子态。 夫兰克-赫兹实验的结果表明,原子被激发到不同状态时,吸收一定数值的能量,这些数值是不连续的。即原子体系的内部能量是量子化的,原子能级确实存在。 夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体,本实验用的是汞。电子由阴级 K 发出,K 与栅极 G 之间有加速电场,G 与接收极 A 之间有减速电场。当电子在 KG 空间经过加速、碰撞后,进入 KG 空间时,能量足以冲过减速电场,就成为电流计的电流。 夫兰克—赫兹实验的改进 由于原来实验装置的缺陷,难以产生高能量的电子,夫兰克对装置进行了改进。把加速和碰撞分在两个区域进行,如下图所示: 在阴极前加一极板,以达到旁热式加热,使电子均匀发射,电子的能量可以测的更准; 2.阴极K附近加一个栅极 G1 区域只加速,不碰撞; 3.使栅极 G1、G2 电势相同,即 G1G2 区域为等势区,在这个区域内电子只发生碰撞。 作业:P72:8,9,11 1896年麦克尔逊和莫雷发现氢的Hα线是双线,相距 ,后来又在高分辨率的谱仪中呈现出三条紧靠的谱线。 第五节:玻尔理论的推广 根据玻尔理论,电子绕核作圆周运动,轨道量子数n取定后,就有确定的 和 ,即电子绕核的运动是一维运动,量子数n描述了这个规律。 1. 玻尔—索末非模型 为了解释实验中观察到的氢光谱的精细结构,1916年,索末菲把玻尔理论中的圆轨道推广为椭圆轨道,并引入了相对论修正,定量计算出的氢的Hα线与实验完全符合。 根据玻尔理论,用一个量子数 n 就可以描述电子绕核的运动. 索末菲对玻尔的圆轨道模型作出了修正,提出了椭圆轨道模型,把电子绕核的运动由一维运动推广为二维运动,并用两个量子数 n,L 来描述这个系统

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