氢原子光谱

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高中物理氢原子光谱知识点

高中物理氢原子光谱知识点一、氢原子光谱的发现历程。

1. 巴尔末公式。

- 1885年，巴尔末发现氢原子光谱在可见光区的四条谱线的波长可以用一个简单的公式表示。

巴尔末公式为(1)/(λ)=R((1)/(2^2) - (1)/(n^2))，其中λ是谱线的波长，R称为里德伯常量，R = 1.097×10^7m^-1，n = 3,4,5,·s。

- 巴尔末公式的意义在于它反映了氢原子光谱的规律性，表明氢原子光谱的波长不是连续的，而是分立的，这是量子化思想的体现。

2. 里德伯公式。

- 里德伯将巴尔末公式推广到更一般的形式(1)/(λ)=R((1)/(m^2)-(1)/(n^2))，其中m = 1,2,·s，n=m + 1,m + 2,·s。

当m = 1时，对应赖曼系（紫外区）；当m = 2时，就是巴尔末系（可见光区）；当m = 3时，为帕邢系（红外区）等。

二、氢原子光谱的实验规律与玻尔理论的联系。

1. 玻尔理论对氢原子光谱的解释。

- 玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。

- 根据玻尔理论，氢原子中的电子在不同的定态轨道上运动，当电子从高能级E_n向低能级E_m跃迁时，会发射出频率为ν的光子，满足hν=E_n-E_m。

- 结合氢原子的能级公式E_n=-(13.6)/(n^2)eV（n = 1,2,3,·s），可以推出氢原子光谱的波长公式，从而很好地解释了氢原子光谱的实验规律。

例如，对于巴尔末系，当电子从n（n>2）能级跃迁到n = 2能级时，发射出的光子频率ν满足hν = E_n-E_2，进而可以得到波长与n的关系，与巴尔末公式一致。

2. 氢原子光谱的不连续性与能级量子化。

- 氢原子光谱是分立的线状光谱，这一现象表明氢原子的能量是量子化的。

在经典理论中，电子绕核做圆周运动，由于辐射能量会逐渐靠近原子核，最终坠毁在原子核上，且辐射的能量是连续的，这与实验观察到的氢原子光谱不相符。

氢原子光谱优秀课件

令
T
(m)
R m2
,
T
(n)
R n2
1 T (m) T (n)
T (m),T (n) 称为光谱项。
三、经典理论旳困难
卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核旳存在，很好地解释了α粒子散射试验。但是。经典物理学既无法解释原子旳稳定性，又无法解释原子光谱旳分立特征。
按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四面辐射电磁波，它旳能量不断减小，从而将逐渐接近原子核，最终落入原子核中。但实际上原子是个稳定旳系统。
还有三
布喇开系
1
R
1 42
1 n2
n 5,6,7，
个线系
普丰特系
1
R
1 52
1 n2
n 6,7，8，
氢原子光谱不是不相关旳，而是有内在联络旳。体现在其波数可用一普遍公式来表达：1 NhomakorabeaR
1
m
2
1 n2
其中
m 1,2,3
n m 1, m 2, m 3,
相应一种m构成一种谱线系每一谱线旳波数都等于两项旳差数
二、光谱分类：
1.发射光谱：物体发光直接产生旳光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续谱和线状谱。
2.吸收光谱：
特点：在连续谱上缺失了某些成份旳光
此光谱图有何特点？
成因：高温物体发出旳白光（其中包括连续分布旳一切波长旳光）经过物质时，某些波长旳光被物质吸收后产生旳光谱，叫做吸收光谱。
3.发射光谱与吸收光谱旳相应关系：
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续旳，原子光谱应是连续旳光谱。而实际上看到旳是分立旳线状谱。
这些矛盾阐明尽管经典物理学理论能够很好地应用宏观物休，但它不能解释原子世界旳现象，引入新观念是必要旳。

氢原子光谱

１８８５年巴耳末（Ｂａｌｍｅｒ，Ｊ．Ｊ．１８２１８８５年巴耳末（Ｂａｌｍｅｒ，Ｊ．Ｊ．１８２年巴耳末（Ｂａｌｍｅｒ，Ｊ．Ｊ．１８９８）５—１８９８）根据埃格斯充（Ａｕｇｓｔｒｏｍ，１８９８根据埃格斯充（Ａｕｇｓｔｒｏｍ，Ａ．Ｊ．１８１４１８７４）对光谱线的精确测量，提Ａ．Ｊ．１８１４—１８７４）对光谱线的精确测量，１８１４１８７４出了氢原子光谱可见光区域光谱线波长的经验公式。出了氢原子光谱可见光区域光谱线波长的经验公式。１９１３年玻尔（Ｂｏｈｒ，Ｎ．Ｈ．Ｄ．１８８５１９１３年，玻尔（Ｂｏｈｒ，Ｎ．Ｈ．Ｄ．１８８５—１９（Ｂｏｈｒ，Ｎ．Ｈ．Ｄ．１８８５６２）引入量子概念提出的氢原子模型假说，６２）引入量子概念提出的氢原子模型假说，给出了氢光谱线系规律的理论解释。谱线系规律的理论解释。
五．数据记录与处理
１．高压汞灯入射线= 入射线
φ0 右 + φ
2
0左
２、氢灯
特征谱线
谱线位置
波数Leabharlann 红青蓝若此时仍保持入射角i不变，若此时仍保持入射角不变，用未知波长的光线入不变射，测出相应的偏向角θ′，便可从定标曲线上找测出相应的偏向角，出它所对应的波长来。出它所对应的波长来。本实验用汞原子光谱作出定标曲线，再测出氢原子三条可观察到的光谱线定标曲线，的偏向角，在定标曲线上求出它们所对应的波长，的偏向角，在定标曲线上求出它们所对应的波长，验算里德伯常数。验算里德伯常数。
氢原子光谱
引言
每种原子、分子都有其特征光谱。每种原子、分子都有其特征光谱。因此分析其特征光谱，对研究不同原子、分子及其结构有着重大的意义。光谱，对研究不同原子、分子及其结构有着重大的意义。光谱学已成为光学的一个重要分支，光谱学已成为光学的一个重要分支，并被广泛用于科研和生产中。和生产中。氢原子是最简单的原子，其光谱线在按波长（氢原子是最简单的原子，其光谱线在按波长（或波数）大小的排列次序上显示出简单的规律性。研究原子大小的排列次序上显示出简单的规律性。结构，很自然氢原子首先被关注。结构，很自然氢原子首先被关注。

氢原子光谱实验

将实验结果与理论预测进行比较，验证量子力学的相关理论。
根据特征峰的波长和强度，分析氢原子能级结构及其跃迁规律。
根据实验结果，进一步探讨氢原子光谱与其他原子光谱的共性和差异。
04
结果分析
观察到的光谱类型
发射光谱
氢原子在受激跃迁时释放出的光子，形成明亮的谱线。
吸收光谱
氢原子吸收特定频率的光子，导致暗线出现在连续光谱背景上。
特征谱线
氢原子光谱中具有特定波长的谱线，是氢原子能级跃迁的标志。
能级跃迁的判定
跃迁类型
确定是从高能级向低能级跃迁还是低能级向高能级跃迁。
跃迁能量
通过测量谱线的波长或频率来确定能级跃迁所需的能量差。
跃迁选择定则
根据量子力学原理，确定哪些能级间的跃迁是被允许的。
与理论预期的比较
理论模型
比较实验结果与氢原子波尔模型的预测，验证理论模型的准确性。
波长与能量
谱线的波长与能量之间存在反比关系，即波长越短，能量越高。
03
实验步骤
准备实验器材
氢气
选择纯度较高的氢气，以减少其他气体对实验
结果的影响。
真空玻璃管
光源
光谱仪
用于装载氢气，保证实验环境的真空度。
选择稳定、连续高分辨率和
低噪声性能。
参考文献
参考文献
[1] Atkins, P. W., & De Paula, J. (2005). Physical Chemistry for the Biosciences. Academic Press.
[2] Bersohn, R. L., & Guiochon, G. (1975). Experimental methods in physical chemistry. Academic Press.

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

e2
rn
0h
2 2
π me
n r1n (n 1,2,3,)
2 2
n 1 , 玻尔半径 r1
0h
2 2
π me
5.2910 m
11
氢原子能级公式第 n 轨道电子总能量
1 e2 2 En mvn 2 4π 0 rn
me 1 E1 En 2 2 2 2 8 0 h n n
答案C
2.具有下列哪一能量的光子，能被处在n = 2的能级的氢原子吸收？ (A) 1.51 eV． (B) 1.89 eV．
(C) 2.16 eV．
(D) 2.40 eV．
答案B
例题1. 实验发现基态氢原子可吸收能量为 12.75 eV的光子． (1) 试问氢原子吸收该光子后将被激发到哪个能级？ (2) 受激发的氢原子向低能级跃迁时，可能发出哪几条谱线？请画出能级图(定性)，并将这些跃迁画在能级图上．（3）巴耳末线系有几条？莱曼系有几条？
e +
玻尔（1885－1962）丹麦人，是原子物理学的奠基人。他在研究量子运动时，提出了一整套新观点，建立了原子的量子论，首次打开了人类认识原子结构的大门，为近代物理研究开辟了道路。近代物理学大厦的基础－量子力学，是以玻尔为领袖的一代杰出物理学家集体才华的结晶。1922年诺贝尔物理学奖获得者。
例题2. 求巴耳末系光谱的最大和最小波长
解：
玻尔频率条件 h Ei E f
ch Ei E2
最大波长最小波长
ch 658 nm E3 E2
ch 366 nm E E 2
例题3
欲使氢原子能发射巴耳末系中波长为

氢原子光谱ppt课件

03
氢原子光谱实验观测与分析
氢原子光谱实验装置介绍
光源
氢原子灯或放电管，产生氢原子光谱。
单色仪
将复合光分解为单色光，并可选择特定波长的光通过。
光探测器
如光电倍增管或CCD，将光信号转换为电信号进行记录和分析。
数据采集与处理系统
对实验数据进行采集、处理和分析，得出实验结果。
氢原子光谱观测方法
氢原子光谱研究挑战与机遇
实验技术挑战
01
尽管精密测量技术取得了显著进展，但进一步提高测量精度仍
面临诸多挑战，如如何消除系统误差、提高信噪比等。
理论模型挑战
02
现有理论模型在描述某些复杂现象时仍存在一定局限性，需要
进一步完善和发展。
交叉学科机遇
03
氢原子光谱研究与粒子物理、宇宙学等领域密切相关，这些领
04
氢原子光谱理论解释与应用
薛定谔方程与波函数概念
薛定谔方程
描述了微观粒子状态随时间变化的规律，是量子力学的基本方程
之一。
波函数
量子力学中用来描述粒子状态的函数，其模平方表示粒子在特定位置被发现的概率。
量子数
描述原子或分子中电子运动状态的参数，如主量子数、角量子数等。
氢原子光谱理论解释
玻尔模型
玻尔提出的氢原子模型，假设电子在特定轨道上运动，且能量是量子化的。
能量级与光谱线
选择定则
解释了为何只有特定能级间的跃迁才会产生光谱线，如偶极跃迁选择定则等。
氢原子光谱由一系列分立的谱线组成，对应着电子在不同能级间的跃迁。
氢原子光谱在物理、化学等领域应用
01
02
03
04
原子钟
利用氢原子光谱的稳定性和精确性，制成高精度原子钟，用

氢原子光谱

氢原子光谱
氢原子的发现和光谱特性
氢原子是最简单的原子之一，在光谱学中具有重要的地位。

氢原子光谱是研究
原子结构和光谱学的基础。

它对研究光谱的性质和发展原子理论有着重要的意义。

氢原子光谱的基本原理
氢原子光谱是指氢原子在特定条件下发射或吸收的光线的谱线。

氢原子光谱是
由氢原子的特有能级结构和跃迁引起的。

氢原子的光谱具有一定的规律性，可以通过一系列的数学模型进行描述和解释。

氢原子光谱的光谱线
氢原子光谱的典型谱线分为巴尔末系列、帕邢系列和莱曼系列。

这些系列分别
对应不同的跃迁过程，反映了氢原子的不同能级结构和性质。

巴尔末系列
巴尔末系列是氢原子光谱中最常见的系列之一，对应着n元素的n=2的跃迁。

巴尔末系列谱线主要在紫外和可见光区域，具有重要的实验和理论价值。

帕邢系列
帕邢系列对应着n元素的n=3的跃迁。

帕邢系列谱线分布在可见光区域，是
研究氢原子光谱的重要线系之一。

莱曼系列
莱曼系列对应着n元素的n=1的跃迁。

莱曼系列包含了氢原子最基本的谱线，是氢原子光谱中的重要部分。

氢原子光谱的应用
氢原子光谱不仅在基础科学研究中具有重要意义，还在实际应用中发挥着重要
作用。

氢原子光谱在天文学、材料科学、化学等领域有着广泛的应用。

结语
氢原子光谱是原子光谱学中的重要内容，研究氢原子光谱有助于深入理解原子
结构和光谱现象。

通过对氢原子光谱的研究，人们可以更好地认识原子的结构和性质，推动光谱学领域的进步与发展。

氢原子光谱

氢原子光谱一、实验目的1.熟悉光栅光谱仪的性能与用法。

2.用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，求里德伯常数。

二、实验原理氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。

用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Ｐａ左右)，可得到线状氢原子光谱。

瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式（2.5-1）式中ιH为氢原子谱线在真空中的波长。

ι0＝364.57ｎｍ是一经验常数。

ｎ取３，４，５等整数。

若用波数表示，则上式变为（2.5-2）式中ＲH称为氢的里德伯常数。

根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得（2.5-3）式中Ｍ为原子核质量，ｍ为电子质量，ｅ为电子电荷，ｃ为光速，ｈ为普朗克常数，ε0为真空介电常数，ｚ为原子序数。

当Ｍ→∞时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数)（2.5-4）所以（2.5-5）对于氢，有（2.5-6）这里ＭH是氢原子核的质量。

由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，借助（2.5-6）式可求得氢的里德伯常数。

里德伯常数Ｒ∞是重要的基本物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为Ｒ∞＝１０９７３７３１．５６８５４９（８３）ｍ－１表2.5-1为氢的巴尔末线系的波长表。

图2.5-1是氢原子能级图。

是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长。

即ι真空＝ι空气＋Δι，氢巴尔末线系前６条谱线的修正值如表2.5-2所示。

表2.5-2波长修正值三、实验仪器ＷＧＤ-３型组合式多功能光栅光谱仪，包含氢、氖、氦、氮、汞放电管的多组放电灯。

ＷＧＤ-３型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、Ａ／Ｄ采集单元、计算机组成。

如图2.5-2所示。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围０～2.5ｍｍ连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝Ｓ１，Ｓ１位于反射式准光镜Ｍ２的焦面上，通过Ｓ１入射的光束经Ｍ２反射成平行光束投向平面光栅Ｇ上，衍射后的平行光束经物镜Ｍ３成像在Ｓ２上和Ｓ３上，通过Ｓ３可以观察光的衍射情况，以便调节光栅；光通过Ｓ２后用光电倍增管接收，送入计算机进行分析。

氢原子光谱

精细结构特点
在光谱上表现为谱线的分裂和位移，可通过高分辨率光谱仪进行观测。
氢原子光谱超精细结构探讨
超精细结构成因
在精细结构的基础上，由于原子核自旋与电子总角动量的耦合，导致能级进一步分裂。
超精细结构特点
在光谱上表现为谱线的更细微分裂和位移，需要更高精度的观测手段进行探测。
总结
氢原子光谱是量子力学和原子物理领域的重要研究对象，其性质和特点包括多个线系、精细结构和超精细结构等。通过对氢原子光谱的深入研究，可以揭示原子内部结构和能级分布的奥秘，为现代物理学的发展提供重要支撑。
02
氢原子光谱实验方法
氢原子光谱实验装置
光源
提供足够能量的光源，如钨丝灯或激光器，以激发氢原子。
分光仪
将光源发出的光分成不同波长的光谱。
探测器
用于检测分光后各波长光的强度，如光电倍增管或CCD。
数据采集与处理系统
记录并处理实验数据，如计算机和专用软件。
氢原子光谱实验步骤
1. 准备实验装置
量子力学对氢原子光谱解释
波函数与概率密度
量子力学用波函数描述电子状态，波函数的模平方表示电子在空间中出现的概率密度。
能级与跃迁
量子力学中的能级概念与玻尔理论相似，但更为精确。电子在不同能级间跃迁时，同样会发射或吸收光子。
选择定则
量子力学中的选择定则规定了哪些能级间的跃迁是允许的，从而解释了氢原子光谱的特定结构。
氢原子光谱研究前景展望
• 高精度测量技术的发展：随着实验技术的不断进步，未来有望实现更高精度的氢原子光谱测量，从而更深入地揭示原子结构和相互作用的奥秘。
• 新理论模型的探索：尽管现有的理论模型能够很好地解释氢原子光谱，但仍存在一些尚未解决的问题，如高阶效应的处理、相对论和量子电动力学的结合等。未来有望通过发展新的理论模型，更准确地描述氢原子光谱。

183氢原子光谱

位于红外区。
发射与吸收光谱
发射光谱
当氢原子从高能级跃迁到低能级时，会发射出特定波长的光子，形成发射光谱。这些谱线对应于不同能级间的跃迁。
吸收光谱
当连续光谱的光通过氢原子气体时，某些特定波长的光会被吸收，从而在连续光谱上形成暗线。这些暗线对应于氢原子的吸收光谱。
02
氢原子光谱实验方法
氢原子放电实验
氢原子的基态（最低能级）是 n=1，激发态则是n>1的能级。
光谱线系与命名
氢原子光谱线系主要包括巴尔末系、莱曼系、帕邢系、布拉开系
和普丰特系等。
巴尔末系是最早被发现的氢原子光谱线系，位于可见光区，由 Hα、Hβ、Hγ、Hδ等谱线组成。
其他线系如莱曼系位于紫外区，帕邢系、布拉开系和普丰特系则
应用领域的拓展
随着氢原子光谱研究的深入，未来有望在更多领域实现应用拓展，如利用氢原子光谱进行精密测量、探索宇宙中的物质组成等。
THANKS
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量子力学描述与薛定谔方程
波函数与概率密度
在量子力学中，氢原子的状态用波函数$psi(r,theta,phi)$ 描述，波函数的模平方$|psi|^2$表示电子在空间中出现的概率密度。
薛定谔方程
氢原子的波函数满足薛定谔方程$hat{H}psi = Epsi$，其中$hat{H}$是哈密顿算符，$E$是能量本征值。
荧光观测
将激光照射到荧光物质上，观测荧光光谱，分析氢原子能级结构。
其他实验方法
原子束实验
利用原子束技术，将氢原子束射入磁场或电场中，观测其偏转或分裂现象，研究氢原子光谱和能
级结构。
光电子能谱实验
利用光电子能谱技术，研究氢原子在光照条件下的电子能级跃迁和光谱特性。

氢原子光谱各能层能量

氢原子光谱各能层能量
氢原子光谱是由氢原子放射出来的光谱，是由其能级所决定的，它是物理学和化学学科中最重要的物质性质之一。

氢原子光谱的各能层能量是指氢原子在其能级中的能量。

氢原子的能级由n = 1（即基态）开始，n的数字越大，能级越高，能
量也越高。

在基态（n=1）下，氢原子的能量最低，基态的能量为-13.6电子伏特（eV）。

每增加一个能级，氢原子的能量就会
增加一定的值，比如，在n=2的能级中，氢原子的能量为-
3.4eV，而在n=3的能级中，氢原子的能量为-1.51eV，依此类推。

当n达到无穷大时，氢原子的能量也就达到了无穷大，因此，氢原子的能量可以从负无穷大到正无穷大。

氢原子的能级与其光谱有着密切的关系。

在不同的能级中，氢原子的物理性质也不同，这就会影响到氢原子光谱的形成。

在不同的能级中，氢原子放射出来的光谱也会有所不同，在不同的能级中，氢原子放射出来的光谱也会有所变化，在这些变化中，能量是一个重要的决定因素。

氢原子光谱的各能层能量是由氢原子在不同能级中的能量状态所决定的，一般情况下，氢原子的能量随着能级的增加而增加，由此可见，氢原子光谱的各能层能量是由氢原子的能级所决定的。

因此，要了解氢原子光谱的相关知识，必须先了解氢原子的能级，然后了解其各能层能量。

总之，氢原子光谱的各能层能量是氢原子在其能级中的能量，它是由氢原子的能级所决定的，随着能级的增加，氢原子的能量也会增加一定的值，能量的大小也会影响到氢原子放射出来的光谱。

氢(氘)原子光谱

氢（氘）原子光谱姓名：唐方学号：091120119引言光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。

1883 年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。

1932 年尤里（H .C.Urey）根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氧的同位素——氚的存在。

通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。

WGD-3 型光栅光谱仪用于近代物理实验中的氢（氘）原子光谱实验，一改以往在大型摄谱仪上用感光胶片记录的方法，而使光谱既可在微机屏幕上显示，又可打印成谱图保存，实验结果准确明了。

实验目的1．熟悉光栅光谱仪的性能与用法。

2．用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，求里德伯常数。

实验原理1．氢原子光谱氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。

用电激发氢放电管（氢灯）中的稀薄氢气（压力在102 Pa左右），可得到线状氢原子光谱。

瑞士物理学家巴尔未根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式=(2.5-1)式中为氢原子谱线在真空中的波长，＝364.57 nm 是一经验常数；n取3,4,5等整数。

若用波数表示，则(2.5-1)式变为==() (2.5-2) 式中称为氢的里德伯常数。

根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得=(2.5-3)式中M为原子核质量，m为电子质量，e为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，为真空介电常数，Z为原子序数。

当时，由(2.5-3)式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数（普适的里德伯常数）(2.5-4) 所以(2.5-5)对于氢，有(2.5-6)这里是氢原子核的质量。

由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，借助(2.5-6)式可求得氢的里德伯常数。

第三节氢原子光谱

R(
1 22

1 n2
)
n=3，4，5，6……
其中R称为里德伯常量
R 1.097 10 m 对于氢原子
7
-1
注意表达的顺序,因为不同
的原子,该常数也不同.
氢原子光谱的实验规律
H
H H H
H
656.3n m 486.1n m 434.1nm 410.2nm 364.6nm
n=3
n=4
不同的m对应不同的谱系；当m一定时，每 T (n)

式中
T
(m)

R m2
，
T
(n)

R n2
称为光谱项
６、原子光谱
氢原子光谱只是众多原子光谱中最简单的一种，下图列出了钠、氦和汞等原子的光谱。
科学家观察了大量的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的原子光谱。不同的原子，其原子光谱均不相同，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”。我们可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素。

1 R( 42

1 n2
)
n=5，6，7，8……
普丰德系（红外区）1 R( 1 1 ) n=6，7，8，9……

52
n2
简称为莱巴帕布普. 请标出课本图3-3-4中帕邢系的4.5.6.7;强调n越小,波长越大
3、广义巴尔末公式
1

1 R( m2

1 n2 )
式中 m与n都是正整数，且 n > m.
莱区用曼发一系现个（了简紫氢单原的外子公区的式）其表他示1线。系，R这(些11线2 系也n和12巴)耳n末=系2，一3样，可4，以5，…

氢原子光谱

根据玻尔的第二个假设,原子系统中电子从较高能级Wn,跃迁到较低能级Wk时, 发出单色光,其频率为(图2)
两谱系.这些谱系,的确都在氢原子光谱中观察到,而且有些还是在玻尔理论发表以后先从理论上计算出来,然后才通过实验找到的.在k=1时所表示的谱系在光谱的远紫外部分,称为赖曼系. k=3所表示的谱系在红外部分,称为帕邢系.k=4 和k=5所表示的谱系也都在红外范围,分别称为布喇开系和普芳德系.在某一瞬时,一个氢原子只能发射一个一定频率的光子,这一频率相应于一条谱线,不同的受激氢原子才能发射不同的谱线. 实验中观察到的是大量不同受激状态的原子所发射光的组合,所以能观察到大量的谱线.[1]
按照经典物理学,核外电子受到原子的库仑引力的作用,不可能是静止的,它一定是以一定的速度绕核转动.既然电子在运动,它的电磁场就在变化,而变化的电磁场会激发电磁波.也就是说, 它将把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去.因此,电子绕核转动这个系统是不稳定的, 电子会失去能量,最后一头栽在原子核上.但是事实不是这样,原子是个很稳定的系统. ②连续光谱与明线光谱的矛盾
根据经典电磁理论,电子辐射的电磁波的频率, 就是它绕核转动的频率.电子越转能量越小,它离原子核就越来越近,转的也就越来越快.这个变化是连续的,也就是说,我们应该看到原子辐射的各种频率(波长)的光,即原子的光谱应该总是连续的.而实际上我们看到的是分立的线状谱. 这些矛盾说明,尽管经典物理学理论可以很好地应用于宏观物体,但它不能用于解释原子世界的现象,引入新观念是必要的.
(2)当原子从一个具有较大能量E2的定态跃迁到另一个能量较低的定态E1时,它辐射出具有一定频率的光子,光子的能量为这一假设确定了原子发光的频率—— 它就是频率假设.

近代物理实验-氢原子光谱

近代物理实验——氢原子光谱一、实验简介光谱线系的规律与原子结构有内在的联系,因此,原子光谱是研究原子结构的一种重要方法.1885年巴尔末总结了人们对氢光谱的测量结果,发现了氢光谱的规律,提出了著名的巴尔末公式,氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础.1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律,对重氢赖曼线系进行摄谱分析,发现氢的同位素——氘的存在.通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一,成为检验原理论可靠性的标准和测量其它基本物理常数的依据.原子光谱的观测，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。

Johannes Rober Rydberg Johann Jakob Balmer 1825 ～1898 1854～1919瑞士数学兼物理学家瑞典物理学家、数学家，光谱学的奠基人之一二、实验目的1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱线的波长，并将在空气中的波长修正为真空中的波长。

2.测量计算各谱线的里德伯常数RH ，并求其平均值或用线性拟和的方法求出RH 。

3.学习多功能组合光谱仪的使用。

三、实验原理在量子化的原子体系中，原子能量状态1E ,2E …为一系列分立的值，原子的每一个能量状态称为原子的一个能级。

原子的最低能级称为原子的基态，高于基态的其余各能级称为原子的激发态。

处于高能级的原子，总是会自发跃迁到低能级，并发射出光子。

设光子能量为ε ，频率为ν，高能级为2E ，低能极为1E ，则2121,.E E h E E hενν-==-=由于原子能级是分立的，所以原子由高能级向低能级跃迁时，会发射一些特定频率的光子，在分光仪上表现为一条条分立的光谱线，称为“线状光谱”或“原子光谱”。

波长λ的倒数是波数，它的值由巴耳末公式决定。

对于H 原子有2212111,H HR n n λ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭（2-1-1）式中H R 为H 原子的里德伯常量，H R =1.096776⨯107m-1。