氢原子光谱0627
高中物理选修课件氢原子光谱
未来发展趋势预测
高精度光谱测量技术
随着激光技术、光学干涉技术等 实验手段的不断发展，未来氢原 子光谱的测量精度将不断提高， 有望实现更高精度的光谱测量和 分析。
量子计算与模拟
量子计算与模拟技术的发展将为 氢原子光谱研究提供新的思路和 方法。通过量子计算机模拟复杂 原子体系的光谱特性，可以更加 深入地理解原子内部结构和相互 作用机制。
玻尔理论局限性
无法解释复杂原子光谱
玻尔理论只适用于氢原子和类氢离子等简单体系，对于复杂原子 光谱的解释遇到困难。
与量子力学不完全吻合
玻尔理论虽然引入了量子化的概念，但其理论与后来发展起来的量 子力学在描述微观粒子运动规律方面存在不一致之处。
无法解释原子的稳定性
根据经典电磁理论，电子绕核运动会不断辐射能量并最终坠入原子 核，但玻尔理论无法解释为何原子能够保持稳定性。
吸收光谱
当外界光子能量恰好等于氢原子基态 与激发态之间的能级差时，氢原子会 吸收该光子并跃迁至激发态，形成吸 收光谱。
氢原子光谱特点
分立性
氢原子光谱是由一系列分立的谱 线组成，每条谱线对应一个特定
的能级跃迁。
精确性
氢原子光谱的谱线位置和强度可以 精确地测量和计算，为量子力学和 原子物理的发展提供了重要依据。
量差决定。
轨道量子化假设
原子的不同能量状态与电子沿不 同的圆轨道绕核运动相对应，而 电子的可能轨道的分布是不连续
的。
玻尔理论对氢原子光谱解释
氢原子光谱的不连续性
根据玻尔理论，电子绕核运动的半径是不连续的，因此氢原子的能级也是不连 续的，从而导致氢原子光谱的不连续性。
氢原子光谱的发射与吸收
当电子从高能级向低能级跃迁时，会发射出光子，形成氢原子光谱的发射线； 反之，当电子从低能级向高能级跃迁时，会吸收光子，形成氢原子光谱的吸收 线。
《氢原子光谱和玻尔的原子模型》 知识清单
《氢原子光谱和玻尔的原子模型》知识清单一、氢原子光谱1、定义与分类氢原子光谱是氢原子内的电子在不同能级之间跃迁时所发射或吸收的一系列光谱线。
它可以分为发射光谱和吸收光谱。
发射光谱是指处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，释放出光子而形成的光谱。
吸收光谱则是当氢原子吸收特定频率的光子从低能级跃迁到高能级时产生的。
2、线状光谱氢原子光谱呈现出线状的特征，即由一系列分立的、不连续的谱线组成。
这表明氢原子的能量是量子化的，只能取特定的值。
3、巴尔末公式氢原子光谱的可见光部分可以用巴尔末公式来描述：＄＼frac{1}｛＼lambda} ＝ R(＼frac{1}｛2^2} ＼frac{1}｛n^2}）＄（其中，＄＼lambda$ 是波长，＄R$ 是里德伯常量，＄n ＝ 3, 4, 5, ＼cdots$）4、意义氢原子光谱的研究为揭示原子内部结构和能级的存在提供了重要的实验依据。
二、玻尔的原子模型1、基本假设（1）定态假设：原子中的电子只能在一些特定的、分立的轨道上运动，处于这些轨道时，电子不辐射能量，处于稳定状态。
（2）跃迁假设：当电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道时，会以光子的形式吸收或放出能量。
（3）轨道量子化假设：电子绕核运动的轨道半径不是任意的，而是量子化的。
2、能级玻尔认为，原子中的电子处于不同的定态时具有不同的能量，这些能量值是分立的，称为能级。
3、对氢原子的解释（1）根据玻尔的理论，能够成功解释氢原子光谱的不连续性和规律性。
（2）通过计算得出氢原子能级的表达式，与实验结果相符。
4、局限性（1）无法解释复杂原子的光谱。
（2）对于电子在原子核外的运动细节，玻尔模型不能给出准确的描述。
三、氢原子光谱与玻尔原子模型的关系1、氢原子光谱的实验现象促使了玻尔原子模型的提出。
由于氢原子光谱呈现出分立的线状特征，传统的经典物理学无法解释，玻尔在这种情况下提出了新的原子模型。
2、玻尔原子模型成功地解释了氢原子光谱的产生和规律。
氢原子光谱课件
氢原子光谱课件引言氢原子光谱是量子力学和原子物理学领域的基础内容，对于理解原子结构、光谱现象以及化学键的形成具有重要意义。
本课件旨在介绍氢原子光谱的基本原理、实验观测和理论解释，帮助读者深入理解氢原子的能级结构和光谱特性。
一、氢原子的基本结构1.1电子轨道和量子数氢原子由一个质子和一个电子组成，电子围绕质子旋转。
根据量子力学的原理，电子在氢原子中只能存在于特定的轨道上，这些轨道被称为能级。
每个能级由主量子数n来描述，n的取值为正整数。
1.2能级和能级跃迁氢原子的能级可以用公式E_n=-13.6eV/n^2来表示，其中E_n 是第n能级的能量，单位为电子伏特（eV）。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子，这个频率与能级之间的能量差有关。
二、氢原子光谱的实验观测2.1光谱仪和光谱图氢原子光谱可以通过光谱仪进行观测。
光谱仪将入射光分解成不同频率的光谱线，并将这些光谱线投射到感光材料上，形成光谱图。
通过观察光谱图，可以得知氢原子的能级结构和光谱特性。
2.2巴尔末公式实验观测到的氢原子光谱线可以通过巴尔末公式来描述，公式为1/λ=R_H(1/n1^21/n2^2)，其中λ是光谱线的波长，R_H是里德伯常数，n1和n2是两个能级的主量子数。
巴尔末公式可以准确地预测氢原子光谱线的位置。
三、氢原子光谱的理论解释3.1玻尔模型1913年，尼尔斯·玻尔提出了氢原子的量子理论模型，即玻尔模型。
该模型假设电子在氢原子中只能存在于特定的轨道上，每个轨道对应一个能级。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子。
3.2量子力学解释1925年，海森堡、薛定谔和狄拉克等人发展了量子力学理论，为氢原子光谱提供了更为精确的解释。
量子力学认为，电子在氢原子中的状态可以用波函数来描述，波函数的平方表示电子在空间中的概率分布。
通过解薛定谔方程，可以得到氢原子的能级和波函数。
四、结论氢原子光谱是量子力学和原子物理学的基础内容，对于理解原子结构、光谱现象以及化学键的形成具有重要意义。
氢原子光谱0627
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数
表示的原子光公式。
完整ppt
7
巴尔末公式
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数 表示的原子光公式 波数：位度内所包含的完整波形数目。
令
里德伯常数
巴尔末公式
原子光的其它，也先后被。一个
在紫外区，由莱曼，有三个在 外区 ，分
21.3
原子光的 律 玻尔理
完整ppt
1
除了黑体射、光效及康普散射外， 典物理在 原子的构 和原子光的 律上， 遇到重大困。
1897年，人了子，并从中知道， 子是所有原子的基本成部分。在之后，物理 学的中心就是探索原子内部的奥秘。
原子光是重要的原子象之一，原子光 的研究是了解原子内部构的重要手段之一。
（4）无法解 比原子更复的原子；
（5）把微粒子的运有确定的 道 是不正确的；
（6）是半典 半量子理，存在上的缺点，既把
微粒子看成是遵守典力学的点，同，又
予它量子化的特征 。 完整ppt
26
放 管
2~3 kV 光 源
光
三棱 （或光）
全息干板
原子光原理示意
完整ppt
5
一、原子光的律 原子是最的原子，其光也最。 很早，人就气放管得的原子光 ，在可光范内有四条。
Ha： 色 656.210nm； Hb ；深 486.074nm Hg ： 青色 434.010nm； Hd ；紫色 410.120nm
3）每一的波数都可以表达二光之差：
（Hale Waihona Puke 合并原理）任一条的波数都等于元素所固有的多光 中的两之差， 是完里整ppt 在1908年的。 11
瑟福的原子有核模型的困
氢原子光谱 课件
365.46
n2 n2 22
nm,
n 3,4,5,
一系列分立的线状光谱
4101.7 4340.5 4861.3
6562.8
红
蓝
紫
巴尔末
瑞士数学家兼物 理学家巴耳末开始 研究工作时，可见 光区域的4条氢谱线 已经过埃姆斯特朗 等人大量较精确的 测定，紫外区的10 条谱线也在恒星光 谱中发现。
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
4、光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因
此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学 组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱 的不连续性反映出原子结构的不连续性， 所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
二、氢原子光谱的 实验规律
1、 氢原子光谱的实验规律
1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子
光谱可见光部分的规律:
一、光 谱
1、光谱 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱 镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光 带叫做光谱。
自然光光谱
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。
氢 原 子 光 谱 型
2、发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
1、经典理论的困难
卢瑟福的核式结构模型正确的指出了原 子核的存在，很好的解释了α粒子散射实验。 但是经典物理学既无法解释原子的稳定性， 有无法解释原子光谱的分立特征——经典 理论的困难。
根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周 运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电 磁波.
不能解释原子结构的稳定性
e
λ∞= 364 .56nm（波长最短）
第2章氢原子的光谱与能级解读
第2章氢原子的光谱与能级——玻尔模型氢原子的光谱线系玻尔的量子假设原子的分立能级空间量子化2.1 氢原子的光谱2.1.1 光谱牛顿第一个从实验上发现了太阳的白光中含有各种不同的成分，1666年，他让通过小孔的一束太阳光射到一个三棱镜上，结果从三棱镜的另一个侧面射出的光就成了彩色的光带—不同颜色的光在空间分散开来（图2.1.1），这就是太阳的光谱（spectrum ）。
图2.1.1太阳光经过三棱镜后的色散光源所发出的光，往往含有各种的波长成分，如果用光谱仪器测量并记录光源中各个波长成分的强度，就可以得到光源的光谱。
光谱仪器都是色散仪器，其中的色散元件可以是棱镜（图2.1.2），也可以是光栅（图2.1.3），光经过棱镜或者光栅后，不同的波长成分以不同的角度出射，这就是色散。
如果用照像装置记录，则可得到一张光谱照片，不同波长的光被记录在照片上不同的位置；如果用能够探测光强的记录装置，则可得到光强按频率或波长的分布图，这就是常见的光谱图。
光谱可以用函数表示为光强随波长或频率的分布，即I =I (λ ，或者I =I (ν 、I =I (k 。
图2.1.2 棱镜光谱仪图2.1.3 光栅光谱仪自牛顿之后，很多人对物质的发光情况进行了研究。
1814年，德国物理学家夫琅禾费（Joseph von Fraunhofer，1787~1826，）利用自己制作的精密光学仪器，对太阳的光谱做了认真的研究，发现太阳光谱中有许多条暗线，并测出它们的波长。
在12年之前，英国化学家沃拉斯顿（William Hyde Wollaston1766~1828）已经观察到了这种暗线，但当时仅发现了7条。
夫琅禾费将观测到的576条暗线编制成表，并用字母A 、B 、C 、D 、……I 等将其命名，后来这些暗线被称作为夫琅禾费线，到现在已被发现了1万多条（图2.1.4）。
1859年，基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824 ~1887，德国物理学家）对光谱进行了深入的研究，他发现了物体吸收和发射本领之间的联系，他和本生（Robert Wilhelm Bunsen，1811~1899，德国化学家）研究了各种火焰和火花的光谱，注意到每种元素都有其独特的光谱，他们发明了光谱分析法，并用这种方法发现了新元素铯和铷。
氢原子光谱 课件
氢原子光谱课件氢原子光谱课件一、引言氢原子光谱是原子物理学中的重要研究对象，它为我们提供了对量子力学基本原理进行验证的机会。
本文将详细介绍氢原子光谱的基本概念、实验结果以及相关理论解释。
二、氢原子光谱基本概念原子中的电子在吸收或释放能量时，会从一个能级跃迁到另一个能级。
当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出能量，这些能量以光子的形式传播，形成原子光谱。
氢原子光谱就是由氢原子释放出的这些光子组成的光谱。
三、氢原子光谱实验结果通过实验，人们发现氢原子光谱具有非常规律的结构。
其中，主线系包括赖曼系、巴尔末系、布拉开线系等，这些主线系又由许多能级跃迁产生的子系列组成。
每个主线系的频率和波长都可以通过简单的数学公式进行计算，这是氢原子光谱的一个显著特点。
四、氢原子光谱的理论解释量子力学的发展为解释氢原子光谱提供了理论依据。
根据量子力学原理，原子中的电子存在一定的概率分布在不同的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会释放或吸收能量，这是由于电子的波函数在空间上的分布状态发生了变化。
通过求解薛定谔方程，我们可以得到氢原子的能级分布以及电子跃迁所释放的光子频率和波长。
五、总结氢原子光谱的研究不仅提供了对量子力学基本原理进行验证的机会，同时也为原子物理学的发展做出了重要贡献。
通过对氢原子光谱的实验观测和理论分析，我们可以更深入地理解原子内部的结构和电子行为，进一步丰富和发展量子力学理论。
六、参考文献[1] S. R. Sawyer, "Atomic Spectra and the Quantum Theory," Physics Today, vol. 35, no. 4, pp. 42-53, 1982.[2] J. R. Taylor, "An Introduction to Quantum Physics," Academic Press, San Diego, CA, 2012.[3] R. J. Glauber, "Quantum Optics: Proceedings of the Summer School of Theoretical Physics," Springer, New York, NY, 1965.。
第二章氢原子的光谱与能级
n=4
Brackett
n=3 Paschen
n=2
Balmer
激发态
轨道模型
n=1 Lyman
基态
原子能级图
♣电子在轨道间跃迁时，原子在不同的能级间跃迁,同 时发射不同线系的光.
四,原子核质量对RH的影响:
(a),为何RH(实验值)=109677.58cm-1;
c
1 137
为精细结构常数.)
(b),氢原子稳定轨道能量与能级图:
E mv 1 n2
2
Ze2
n
40rn
Ze2
240rn
Z 2e4m 2(40 )2 n2 2
2 2Z 2e4m (40 )2 n2h2
k
'
Z2 n2
13.6
Z2 n2
ev
(★★)
♣其中
k'
2 2e4m
40 2 n2h2
13.6ev
♣由于轨道是分立的,则原子的能量也 是分立的,即量子化的.这些量子化的能 量被称为能级.
v
(c),用波尔理论解释氢原子光谱
♣已知经验公式为:
v
1
RH
1 m2
1 n2
T (m) T (n)
(a)
♣用波尔理论解释上面公式,并计算RH值: ·从En→Em的跃迁产生的辐射频率,满足:
hvm,n En Em
1 n2
], n
6,7,8,
可以用通式表示为
~
RH
[
1 m2
1 n2
]
m 1,2,3, n=,2,3,4…且n›m
♣对于上式中的每一个m可以构成一个谱线系.
♣“组合法则”:每一条光谱线的波数可以表示为两个与整数
第3节氢原子光谱
能级图2
n (量子数 )
∞
E (能级 )
0 eV
(第二 激发态)
原一34量子一）在的对与某吸状应两收态的个的确与。光定电子能子（级的能间轨量辐）道射EE是、出34（（相来能--10同的..级58的光15都ee。VV子））是（10..96能86eeVV
(第一
1、定态：原子只能处于一系列不 连续的能量状态，在这些状态中 原子是稳定的， 电子虽然绕核高 速旋转，但并不向外辐射能量， 这种状态叫定态。
氢原子的能级公式
En
1 n2
E1
2、跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定 态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光 子的能量由这两种定态的能量差决定，即
h Em En
光谱分析
由于每种原子都有自己的特征谱线，因 此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学 组成。这种方法叫做光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构 的不连续性，所以光谱分析也可以用于探 索原子的结构。
各种光谱的特点及成因：
｛ 发
射
定义：由发光体直接产生的光谱 产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发
B.只有②正确 D.只有④正确
答案：ABC
2、氢原子的核外电子，在由离核较远的 可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的 过程中
A、辐射光子，获得能量 B、吸收光子，获得能量 C、吸收光子，放出能量 D、辐射光子，放出能量
答案：D
3、在玻尔的原子模型中，比较氢原子所 处的量子数n=1及n=2的两个状态，若 用E表示氢原子的能量，r表示氢原子核 外电子的轨道半径，则
激发态) 2
E2（-3.4eV）
放出？
10.2eV
氢原子光谱
主条目：韩福瑞系
主量子数n大于或等于7的电子跃迁到n = 6的能阶，产生的一系列光谱线称为“韩福瑞系列”，由韩福瑞于 1953年发现，位于红外光波段。
里德伯公式
主条目：里德伯公式
1889年瑞典物理学家约翰内斯·里德伯（Johannes Robert Rydberg）将上述各系列谱线归纳出氢原子谱线 的经验公式：
主条目：布拉开线系
主量子数n大于或等于5的电子跃迁到n = 4的能阶，产生的一系列光谱线称为“布拉格系列”，由布拉格于 ：蒲芬德系
主量子数n大于或等于6的电子跃迁到n = 5的能阶，产生的一系列光谱线称为“蒲芬德系列”，由蒲芬德于 1924年发现，位于红外光波段。
1885年，巴耳末（er，瑞士，1825-1898）将位于可见光波段，能量位于410.12奈米、434.01奈米、 486.07奈米、656.21奈米等谱线，以下列经验公式表示：，m = 3、4、5、6...，此方程称为巴耳末公式方程。
主条目：帕申系
主量子数n大于或等于4的电子跃迁到n = 3的能阶，产生的一系列光谱线称为“帕申系列”，由帕申于1908 年发现，位于红外光波段。
谢谢观看
六个线系
0 1
来曼系列
0 2
巴耳末系列
0 3
帕申系列
0 4
布拉格系列
0 6
韩福瑞系
0 5
蒲芬德系列
主条目：来曼系
主量子数n大于或等于2的电子跃迁到n = 1的能阶，产生的一系列光谱线称为“来曼系列”。此系列谱线能 量位于紫外光波段。
主条目：巴耳末系
主量子数n大于或等于3的电子跃迁到n = 2的能阶，产生的一系列光谱线称为“巴耳末系”。巴耳末系有四 条谱线处于可见光波段，所以是最早被发现的线系。
氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光稿子一嗨，亲爱的小伙伴们！今天咱们来聊聊氢原子光谱，这可真是个神奇的东西呢！你们知道吗？氢原子光谱就像是氢原子的“专属签名”，它说明了氢原子只会发出特定频率的光。
这是不是超级有趣？想象一下，氢原子就像一个有点小脾气的小精灵，它可任性啦，只愿意按照自己特定的节奏来发光。
可不是随便乱发一通的哦！为什么会这样呢？其实这背后有着很深奥的道理。
但咱们不说那些让人头疼的物理公式和理论，就用咱们能懂的方式来理解。
你看，这就好像氢原子有自己的“小歌单”，里面就那么几首特定的歌，它就只唱这几首，不会乱唱别的。
而且呀，这几首歌的旋律（也就是频率）都是固定的，不会变来变去。
这种特定频率的光，就像是氢原子在向我们展示它独特的个性。
每一种频率都像是它在说：“看，这就是我，独一无二的我！”所以呀，当我们研究氢原子光谱的时候，就好像在读懂氢原子的心思，了解它的小秘密。
是不是感觉很奇妙呢？好啦，今天关于氢原子光谱的闲聊就到这里啦，希望你们也能感受到这份神奇和有趣！稿子二嘿，朋友们！今天咱们来唠唠氢原子光谱的事儿。
你说这氢原子光谱啊，它可有意思啦！它告诉咱们氢原子只会发出特定频率的光。
这就好比氢原子是个超级有原则的家伙，绝不乱来，就认准了那几个特定的频率。
你想啊，要是氢原子随便乱发光，那这世界不就乱套啦？还好它有自己的规矩。
每次想到这，我就觉得氢原子特靠谱。
它发出的那些特定频率的光，就像是它给我们发出的神秘信号。
而且哦，通过研究这些光的频率，科学家们就能了解氢原子的好多情况。
这就像是我们通过一个人的说话语气和用词，来了解这个人的性格和想法一样。
比如说，不同的频率可能代表着氢原子不同的能量状态。
这是不是很神奇？有时候我就在想，氢原子是不是在故意用这种方式引起我们的注意，让我们去探索它的小世界。
反正啊，氢原子光谱这个事儿，越琢磨越有趣。
它让我们看到了微观世界里那些奇妙的规律和秩序。
怎么样，朋友们，听我这么一说，是不是觉得氢原子光谱也没那么难懂，还挺好玩的？。
02第二章 氢原子的光谱与能级(乙型)
线，可以用一个简单的公式表示其波长分
布（1885年）
n2 λ=B
n2 − 4
n = 3,4,5,⋯ Balmer公式
�
�
其中 B = 3645 .6 A
n
→
∞,
λ∞
= B = 3645.6 线系限波长
A
Hδ Hγ
Hβ
Hα
连续光谱区
Balmer线系
λ
• Balmer公式也可以改写为如下形式
n2 λ = B n2 − 4
Solar Spectrum
Nitrogen Spectrum
光谱的测量
• 用棱镜色散或光栅衍射
• 可以进行照相记录 • 或利用光电探测器记录
High Resolution Solar Spectrum
元素的光谱
• 1859年，德国科学家基尔霍夫和本生研究 了各种火焰和火花的光谱，注意到每种元 素都有其独特的光谱，他们发明了光谱分 析法，并用这种方法发现了新元素铯和铷。
氢原子的发射光谱
氢原子的吸收光谱
二、氢原子的光谱
• 1、氢原子受到激发后，可以发出线状光谱。 • 其中最著名的光谱线有以下四条
名称
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
波长（Å） 4101.20 4340.10 4860.74 6562.10
颜色
紫
青
深绿
红
2、氢的Balmer线系
• Balmer发现，对于已知的14条氢的光谱
• 1852年，瑞典物理学家埃格斯特朗 (A. J. Ångström)发表了一篇论文，列出了一系列 物质的特征光谱，现在常用的波长单位埃 （1Å=10-10m）就是以其姓氏而命名。
氢原子光谱
典型例题
3.根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的 轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为 L的光，以h表示普朗克常量，以c表示真空中 的光速，则E′等于 C
A．
Lh E c
Lh E B． c
E C．
ch L
ch E D． L
连续光谱
线状光谱 （原子光谱）
光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有 产生条件： 稀薄气体发光形成的，由游离的原子发射 光谱形式：
一些不连续的明线组成，不同元素的
明线光谱不同（又叫特征谱线）
光 谱
产生方式 定 义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱 吸 收 炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的 光 产生条件： 谱
典型例题
2 下列说法正确的是： BD A 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波 长成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关。 B 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波 长成分和强度分布记录，这就是光谱。即光谱不仅记录 了光的波长分布，还记录了强度分布。 C 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明 了太阳内部缺少对应的元素。 D在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗 线与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层 内存在对应的元素。
除巴耳末系，后来发现的氢原子光 谱在红外和紫外区的其他谱线也都 满足与巴耳末公式类似的关系式
经典理论的困难
原 子
核外电子绕核运动 辐射电磁波 电子轨道半径连续变小 原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化
原子是稳定的 原子光谱是线状谱 —— 分立
谱分析来 鉴别物质和物质的组成成分。例如某样本 中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检 测到。那么我们是通过分析下列哪种谱线 来鉴别物质和物质的组成成分的？ B C A 连续谱 B 线状谱 C 特征谱线 D 任意一种光谱
高三物理氢原子的光谱与能级结构
n 2， 3,4,
n 4,5,6,
帕邢线系
布喇开系
普丰特线系
1 1 R 2 2 4 n 1 1 1 R 2 2 5 n 1
n 5,6,7，
n 6,7， 8，
二、玻尔理论对氢原光光谱的解释
13.6 En eV 2 n
第4节 氢原子的光谱与能级结构
一、光谱
复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散 开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案
观察光谱实验
1. 实 验
玻璃管充进氢气
连续光谱经过氢气的光谱
2. 氢原子的光谱图
(紫绿色） Hδ 410.1nm
Hγ
(青色）
Hβ
(蓝绿色）
Hα
(红色）
434.0nm
N > 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）
巴尔末系
人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系
适用区域： 可见光区、紫外线区
氢原子光谱的其他线系
紫 外 线 区 红 外 区 还 有 三 个 线 系 赖曼线系
1 1 R 2 2 1 n 1
1 1 R 2 2 3 n 1
486.1nm
652.2nm λ/nm
特点 1.几种特定频率的光 2.光谱是分立的亮线
原子光谱
每一种光谱-------印记
每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子 光谱均不同
巴尔末的研究氢原子光谱
（可见光区）
（里德伯常数：R=1.09677581×107m-1)
E1 R hc
巴尔末公式
E1 1 1 ( 2 2) hc n 2
n=6 n=5 n=4 n=3 n=2 Hα Hβ Hγ Hδ E4= -0.85ev E3= -1.51ev
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3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：
~T (m ) T (n )（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， 这是里完兹整p在pt 1908年发现的。
11
卢瑟福的原子有核模型的困难
经典电磁理论： ①原子发射的光谱应该是连续光谱。 ②电子会落到原子核上。
e
v F
莱曼系
巴尔末系 布拉开系
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：
~
R
1 m2
1 n2
（广义巴尔末公式）
式中：m1,2,3n取从(m+1)开始的正整数，即
nm 1 ,m 2 ,m 3 ,
对应一个m就构成一个谱线系。
每一谱线的波数都等于两完整项ppt 的差数。
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
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。
完整ppt
3
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。
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。
完整ppt
8
紫外 莱曼系：
~
R
1 12
1 n2
n2， 3,4,
可见光
巴尔末系：~
R
1 22
1 n2
红外区：
帕邢系：
~
R
1 32
1 n2
布喇开系：
~
R
1 42
1 n2
n3,4,5,
n4,5,6,
n5,6,7，
普方德系：
~
R完5整1p2pt
1 n2
n6,7， 8，
9
帕邢系 普方德系
1 m2
1 n2
比较，R
mee4
8
2 0
h
3
c
1.091770 m 1
这一数值与实验测得结果符合很好。
完整ppt
20
迁氢
原与 子光 能谱 级系 跃
n n4 n3 n2
n 1
E 0
帕邢系 布拉开系
巴耳末系
E
莱曼系
完整ppt
21
例：计算赖曼系的最短波长和最长波长； 计算帕邢系第二条谱线的波长。
解： 赖曼系
8.8 51012(6.61034 )2
r =r1
9.11031(1.61019 )2
r =4r1
0.521 9 01m 0
第n级轨道半径 rn n2r1
r =9r1
(n1,2,3)r =16r1
电子轨道半径可能值为 r1 ， 4 完整ppt r1 ， 9 r1 ， 16r1，... n2r116
波数：单位长度内所包含的完整波形数目。
~
1
1 n2 4
B
n2
4 B
1 22
1 n2
令 R 4 B
巴尔末公式
为里德伯常数 R1.0967 1770m 518
~
R
1 22
1 n2Байду номын сангаас
n3,4,5,
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。
当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线。
氢原子巴尔末线系
H
H b H g Hd
n3 4 5
H
65.36 48.36 36.54n 6m
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。
完整ppt
7
巴尔末公式
B
n2 n2 22
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
r+ e
实验事实：原子是稳定的； 原子所发射的光谱是线状的， 且具有一定的规律。
e
e+
完整ppt
12
~
R
1 m2
1 n2
1913年，玻尔在卢瑟福的有核模型的基础上， 推广了普朗克和爱因斯坦的量子概念，并引用到原 子中来。并结合原子光谱的实验规律，提出了关于 氢原子模型的三个假设，奠定了原子结构的量子理 论基础。为此他获得1922年诺贝尔物理学奖。
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：
巴尔末公式
B
n2 n2 22
(n3,4,5,6, )
常数 B3完6 整.p5pt4n 7m
6
巴尔末公式
B
n2 n2 22
(n3,4,5,6 )
当 n=3，4，5，6,为四条可见光谱线H、Hb、Hg、Hd
H： 红色 656.210nm； Hb ：深绿 486.074nm Hg ： 青色 434.010nm； Hd ；紫色 410.120nm
EEE113.6e V 电离能
电离能：把电子从基态到到无穷远所需能量。
完整ppt
19
3) 氢原子光谱公式
由玻尔的跃迁假设，电子从高能态跳到低能态时，
有：
hEnEm
原子辐射单色光波数 ~ c
1 ch(En Em)
由
1 me4
En n2 802h2
~8m 02ehe34cm12
n12
与 ~
R
解：
由图可见，可能有10 种辐射光产生。
完整ppt
25
玻尔理论成功地解释了原子的稳定性、大小及氢原 子光谱的规律性。为人们认识微观世界和建立近代量子 理论打下了基础。
３、玻尔氢原子理论的意义和困难
（1）正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化）； （2）正确地指出定态和角动量量子化的概念； （3）正确的解释了氢原子及类氢离子光谱；
10
令：T(m)
R m2
,
T(n)
R n2
~
R
1 m2
1 n2
有： ~T (m ) T (n ) T(m),T(n)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。
完整ppt
2
原子结构的探索
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。
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。
1
R(112
1 n2
)
1/[1.097 10 4(1n 1 2)](n m ) n = 2 时对应最长波长 m ax121.5nm
n = ∞时对应最短波长 m in91.2nm
帕邢系 1 /[1 .0 9 7 1 0 4(3 1 2n 1 2)](n m )
531282nm
完整ppt
22
例：在气体放电管中，用能量为12.2eV的电 子去轰击处于基态的氢原子。请确定此时氢 原子所能辐射的谱线波长。
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完来整pp检t 验原子理论的正确性。4
2) 氢原子能量
选无穷远为电势能零点，半径为 rn 的电子
与原子核系统能量: EnEkEp
Ek
1 2
men2
原子能量
电子动能
En 12men2
Ep
e2
40rn
e2
4 0rn
系统势能
由
n
e2
2 0nh
和
rn
n2
0h2 mee2
可求得：
En
12men2
e2
40rn
1 n2
m e4
8 02h2
解： 氢原子吸收能量E 后由基态跃迁到激发态
E nE 112.2 1 3 .6 1 2 .2 1.4eV
由
En
E1 n2
n E1/En3.12
即 n 3 12.2eV的能量不能全部被吸收
当原子由这个能态跃迁回基态时，将有可 能发射三种不同波长的电磁波。
完整ppt
23
3→1 3→2 2→1
3 11/[1 .0 9 7 1 0 4(13 1 2)](n m )
(n1,2,3)
结果表明：氢原子能量也只能取一些分立值，这种现象
称为能量量子化。这种与轨完整道ppt对应的能量称为能级。17
En
12mn2
e2
4π0rn
自 由
En
m4e
802h2
1 n2
E n21态
态 激 发
氢原子能级图
n E/eV 0
n4 n3
0.85 1.51
基态能量 (n1)
n2
3.4
E1
氢 放 电 管
2~3 kV 光 源
光阑
三棱镜 （或光栅）
全息干板
记录原子光谱原理示意图
完整ppt
5
一、氢原子光谱的实验规律