1.3 氢原子光谱的实验规律
氢原子光谱的实验规律
原子的光谱线系列，并 得到普遍的实验规律：
普芳德系 布喇开系 m = 5 m= 4
里德伯常量
帕邢系 m= 3
巴耳末系 m=2
赖曼系 m=1
::
1 6
5.0
1 5
4.0 3.0
1
l : 1 2 34
4
n : 3 4 56
2.0 1.0 m m 0.8 0.6 0.4
1 23 2 34
0.2 波长 m m
是
动能 势能
之和
能量量子化
时，
氢原子最低能态
基态
的各个定态，称为 激发态。
欲将电子从基态电离，摆脱氢原子的束缚二变为自由态，外界至少要
供给电子的能量为
称为 电离能
玻尔的氢原子理论导出的 氢氢光原子谱光导谱规出律公公式式
由 及 由n跃迁到m (n m)的频率条件 5
4
3
得
2
波数为
8
(eV)
普芳德系-0.54 -0.85
在原子光谱中，组成每一线系的谱线，一般可表成两项 之差的形式
称为里兹组合原则，
称为光谱项。
可见， 非连续性、稳定性和规律相似性 是原子光谱谱线的普遍特点。
经典理论的困难
1911年卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子有核模型。原子的质量 几乎集中于带正电的原子核，而核的半径只占整个原子半径的万分之一 至十万分之一；带负电的电子散布在核的外围。卢瑟福的原子有核模型 成功地解释了a 粒子散射实验。
电在子定从态某轨一道定上态运向动另的 电一子定，态其跃角迁动时量将只发能射取 h（/ 或(2p吸) 收的）整光数子倍。，即
L 量=若分m初别v态为r 和=E终nn 2和态hp的E=m能n h
氢光谱
E
E
= E∞ − En
能
= E∞ − E1 = 13.6 eV
n =1
−13.6
3.能级间隔的变化 能级间隔的变化
自 由 态 氢原子能级图
me 4 1 En = − 2 2 ⋅ 2 8ε 0 h n
激 发 态
2 ∆E = En +1 − En ≈ E1 3 n
n = ∞ E / eV n=4 n =3 n=2
~ = T( k ) − T( n ) ν
R R T (k) = 2 ,T (n) = 2 k n
（3）前项保持定值，后项改变，就给出同一谱线 ）前项保持定值，后项改变， 系的各条谱线的波长（谱系） 系的各条谱线的波长（谱系）。 (4 ) 改变前项 就给出不同的谱系。 改变前项,就给出不同的谱系。 就给出不同的谱系
+
1913年2月玻尔看到 年 月玻尔看到 巴尔末公式时说： 巴尔末公式时说： 我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说 我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说 就全都清楚了。 就全都清楚了。
（2）玻尔（丹麦）的三个假设 玻尔（丹麦） 假设一（定态假设）原子系统存在一系列不连续的能量 假设一（定态假设）原子系统存在一系列不连续的能量 状态，处于这些状态的原子中电子作变速运动， 状态，处于这些状态的原子中电子作变速运动，但不辐 射（不吸收）能量。这些状态称为稳定状态（定态） 不吸收）能量。这些状态称为稳定状态（定态） 对应的能量E 是不连续的。 对应的能量 1 ,E2 ,E3…是不连续的。 是不连续的 假设二（轨道角动量量子化假设）电子以速度 v 在 假设二（ 的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量 半径为 的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量 L 等 整数倍的那些轨道是稳定的 的那些轨道是稳定 于 h 2π 的整数倍的那些轨道是稳定的 .
大学物理,量子物理基础21-03 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
普芳德系
巴耳末系 赖曼系
波长 5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.8
0.6 可 见 光
0.4
0.2
mm
红
外
线
紫 外 线
10
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数 可用一普遍公式来表示：
1 1 R 2 2 （广义巴尔末公式） n m 1
实验上的发现成为人们构思原子模型的依据 之一。原子模型如雨后春笋，竞相脱颖而出。 其中最有影响的是汤姆孙的原子模型和卢瑟福 的原子模型。
2
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
早在原子理论建立以前，光谱学已经取得很大发 展，积累了有关原子光谱的大量实验数据。人们已 经知道，原子光谱是提供原子内部信息的重要资料， 不同原子的辐射光谱特征也完全不同。故研究原子 光谱的规律是探索原子结构的重要线索。 应当说，量子论、光谱学、电子的发现这三大 线索，为运用量子论研究原子结构提供了坚实的理 论和实验基础。 在所有的原子中，氢原子是最简单的，这里就 先从氢原子的光谱着手。
8
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
1 1 可见光：巴尔末系 R ( 2 2 ) , n பைடு நூலகம்,4, 2 n 1 1 1 帕邢系 R ( 2 2 ) , n 4,5, 3 n
红外：
1 1 紫外： 莱曼系 R( 2 2 ) , n 2, 3, 1 n
式中： m 1,2,3
n m 1, m 2, m 3,
氢原子光谱和玻尔的原子模型课件-高二物理人教版(2019)选择性必修第三册
3. n=1定态（基态），原子能 量最小，电子轨道半径最小；
4.能级为n 的原子，电子
轨道半径为 rn n2r1
能级越高，电子轨道半径越大
1 2
3
5.原子从高能级向低能级跃迁时_辐__射_光子，
轨道半径_减__小_，库仑力_做__正__功__，电势能_减__小_， 电子动能_增__加___，原子能量_减__小_。
氢原子光谱的其他线系
紫
外 线
莱曼线系
区
1
R
1
12
1 n2
n 2，3,4,
红
外 线
帕邢系
区
1
R
1
32
1 n2
n 4,5,6,
三、经典理论的困难
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
原子是稳定的
辐射电磁波频率连续变化
原子光谱是线状谱 —— 分立
经 电子绕核运动将不断 典 向外辐射电磁波，电 理 子损失了能量，其轨 论 道半径不断缩小，最 认 终落在原子核上,而使 为 原子变得不稳定。
实物粒子：电子、质子、中子等 原子能吸收实物粒子的部分动能。
例1 对于基态氢原子，下列说法中正确的是 A．它能吸收10.2 eV的光子 B．它能吸收11 eV的光子 C．它能吸收14 eV的光子 D．它能吸收具有11 eV动能的电子的部分动能
答案：ACD
2．如图所示为氢原子的能级图，若用能量为10.5 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子
答案：D
六、玻尔模型的局限性
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射 的电磁波的问题，但是也有它的局限性．
在解决核外电子的运动时 成功引入了量子化的观念
1.3氢原子光谱的实验规律
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
（1）连续光谱：由连续分布的一切波长的光组成的。 炽热的固体、液体及高压气体的光谱是连续光谱。
例如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出 的光都形成连续光谱。
（2）明线光谱：只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光
光谱形式：连续光谱背景上出现一些暗线（与原子特征谱线
相对应）
二、氢原子光谱
氢
放 电
光阑
管
光 2~3 kV
源
三棱镜 （或光栅）
全息干板
1. 氢原子光谱的规律性
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
365.46
n2 n2 22
nm,
n 3,4,5,
1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
3.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
定义：由发光体直接产生的光谱
发 射 光 谱
｛产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的
12 n2
巴尔末系
1
R(
1 22
1 n2
)
,
n 3,4,
帕邢系
1
R(
1 32
1 n2
),Leabharlann n 4,5,布喇开系
1
R(
1 42
1 n2
)
,
n 5,6,
普丰德系
1
R(
1 52
1 n2
氢原子光谱的的实验规律
其他元素的光谱也有类似的规律性。
原子光谱线系的规律性深刻地反映了原子内部的规律性
二. 玻尔的氢原子理论
（1）定态假设 原子系统只能处在 一系列不连续的能量状态，在这些状 态中，电子虽然作加速运动，但并不 辐射电磁波，这些状态称为原子的稳 定状态（简称定态），相应的能量分 别为 E1 , E2 , E3 , 。
n=4
n=3 n=2
n=1
2、角动量量子化
具有确定能量的电子角动量可有若干，角动量 大小
L
l (l 1)
l 决定角动量大小。
角量子数 l = 0、1、2……n-1 s p d En——n 例：第二激发态的电子
n=3 对应角量子数 l =
n个
0 — 3s ——L = 0
1 —3p—— L=
玻 尔
（2）频率条件 当原子从一个能量为 En 的 定态跃迁到另一能量为 Ek 的定态时，就要发 射或吸收一个频率为 kn 的光子。
E n Ek kn h
玻尔辐射频率公式
（3）量子化条件
在电子绕核作圆周运动中，
其稳定状态必须满足电子的角动量 的整数倍的条件。
L mvr
h 等于 2
13.6 2 eV n .6 En E1 13.6 13 n2
En E1 12.5eV
所以
n
2
13.6 13.6 12.5
12.36
n 3.5
因为n只能取整数,所以氢原子最高能激发到 n=3 的能级 ,当然也能激发到 n=2 的能级.于是能产生 3 条谱线。
从n 3n1
§16.4 氢原子光谱
波尔的氢原子理论
一. 氢原子光谱的的实验规律
原子发光是重要的原子现象之一， 光谱学的数 据对物质结构的研究具有重要意义。 氢原子谱线的波长可以用下列经验公式表示：
氢原子光谱的实验规律
1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：
定态假设：原子系统只能处在一系列具有不连续能量的稳定状态(定态)。定态时核外电子在一定的轨道上作圆周运动，但不发射电磁波
物理系 从守民
频率条件:当原子从一个能量为En的定态跃迁到另一个能量为Ek的定态时，就要发射或吸收一个频率为 kn的光子 En>Ek---发射光子 En<Ek---吸收光子
----里德伯常量
的整数
不同的k对应不同的谱系；当k一定时，每一n值对应于一条谱线
物理系 从守民
k=1,n=2,3,… 莱曼系,紫外区 k=2,n=3,4,… 巴尔末系 k=3,n=4,5,… 帕邢系,红外区 k=4,n=5,6,… 布拉开系,红外区 k=5,n=6,7,… 普芳德系，红外区 k=6,n=7,8,… 哈菲莱系,红外区
电离状态时，E>0，并可连续变化
物理系 从守民
电子轨道
能级
基态
激发态
物理系 从守民
En/eV
-13.6
-3.39
-1.51
0
-0.85
物理系 从守民
里德伯公式的推导 氢原子从高能级En跃迁到低能级Ek时，氢原子的发光频率为 波数为
5.玻尔理论的缺陷
A
其中
B
---与实验结果符合得很好
C
以经典理论为基础，其定态时不发出辐射的假设又与经典理论相抵触
物理系 从守民
6563A
4861A
4341A
4102A
3646A
§8-1 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论
一、氢原子光谱的实验规律
用波数(波长的倒数)表示：
1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：
氢原子光谱
0.529 1010 m
第n级轨道半径
rn n2 r1 (n 1,2,3)
电子轨道半径可能值为 r1 ， 4 r1 ， 9 r1 ， 16r1，... n2r16 1
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: En Ek E p 2 e 1 2 E k me n Ep 电子动能 系统势能 2 40 rn 2 1 e 2 原子能量 En me n 2 40 rn
H： 红色 656.210nm； Hg ： 青色 434.010nm； Hb ；深绿 486.074nm Hd ；紫色 410.120nm
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 常数
n2 B 2 2 n 2
( n 3,4,5,6,)
6
B 364 .57nm
4
24
例：氢原子从n＝5 的激发态跃迁到基态， 能发射多少种不同的光子？
解：
由图可见，可能有10 种辐射光产生。
En E1 12.2 13.6 12.2 1.4eV
由
即
E1 n E1 / En 3.12 En 2 n n3 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。
23
3→1
3→2
2→1
1 31 1/[1.097 10 (1 2 )](nm) 3 102.6nm 属于赖曼系 1 4 1 32 1/[1.097 10 ( 2 2 )](nm) 2 3 属于巴尔末系 656.3nm 1 4 21 1/[1.097 10 (1 2 )](nm) 2 属于赖曼系 121.5nm
高考物理一轮复习讲义第十三章第讲原子结构氢原子光谱含答案
第1讲原子结构氢原子光谱板块一主干梳理·夯实基础【知识点1】氢原子光谱Ⅰ1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。
(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。
(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。
有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。
(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R⎝⎛⎭⎫122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数。
【知识点2】氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
(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，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n。
(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。
2．基态和激发态原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。
3．氢原子的能级图板块二考点细研·悟法培优考点1 氢原子能级图及原子跃迁[深化理解]1．能级图中相关量意义的说明氢原子的能级图如图所示。
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
n4 n3 n2
n
E 0
帕邢系 巴耳末系
莱曼系
布拉开系
n 1
E
ห้องสมุดไป่ตู้
4、氢原子玻尔理论的意义和困难
（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； （4）无法解释比氢原子更复杂的原子； （5）把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的； （6）是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把 微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又
r
h 量子化条件 L mvr n 2π
n 1,2,3,
主量子数
假设三 频率条件假设 当原子从高能量 En 的定态 跃迁到低能量 Em的定态时，要发射频率为 的光子.
频率条件
h En Em
氢原子能级公式
2 vn m 由牛顿定律 2 4π 0 rn rn h 由假设 2 量子化条件 mv n rn n 2π
赋予它们量子化的特征 .
例1：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
1 1 R( 2 2 ) 1 n 1
1 (nm) 1 [1.097 104 (1 2 )] n
n = 2 时对应最长波长 max 121.5nm
n = ∞时对应最短波长 帕邢系
En E1 n
2
基态 n 1
13.6
玻尔理论对氢原子光谱的解释
m e4 1 h En Em En 2 2 2 8 0 h n 1 me4 1 1 ( 2 2 ), n m 2 3 c 8 0 h c m n 4 me 7 1 1 . 097 10 m R （里德伯常量） 2 3 8 0 h c
高中物理 氢原子光谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的
吸 光谱
收 光
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后,
谱 再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时,见到连续光谱背景上 出现一些暗线[与特征谱线相对应]
光谱分析：
一、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征 谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化 学组成.这种方法叫做光谱分析.
MN上分别会聚成不同颜色的像[谱线].通过望远
镜B的目镜L三,就看到了放大的光谱像.
[一]连续光谱
连续分布的包含有从红光到紫光各种 色光的光谱叫做连续光谱.
炽热的固体、液体和高压气体的发射 光谱是连续光谱.例如白炽灯丝发出的 光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形 成连续光谱.
三]吸收光谱
物体发出的白光通过物质时,某些波长的光 被物质吸收后产生的光谱,叫做吸收光谱. 各原子的吸收光谱中每一条暗线都跟该种 原子的发射光谱中的一条明线相对应. 这表明,低温气体原子吸收的光,恰好就是 这种原子在高温时发出的光. 因此吸收光谱中的暗谱线,也是原子的特征 谱线.太阳的光谱是吸收光谱.
一八八五年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的四条
谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表
示：
1R (2 1 2n 1 2) n3 ,4 ,5 ,...
三、氢原子光谱的实验规律
一八八五年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的四条
谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表
示：
1R (2 1 2n 1 2) n3 ,4 ,5 ,...
三、氢原子光谱
原子中,电子轨道是怎
BM
S
L一
L二
L
分光镜由平行光管A、三棱镜P和望N远镜筒三 B组
氢原子光谱实验规律
氢原子光谱实验规律
氢原子光谱实验规律是指由氢原子发射或吸收光的频率与能级之间的关系。
根据氢原子的玻尔模型和量子力学理论，有以下几个实验规律：
1. 鲍尔原理：氢原子的电子只能在确定的能级上存在，当电子从高能级跃迁到低能级时，会发射出特定频率的光，称为发射光谱。
这些光的频率与能级差值之间存在定量关系。
2. 赖曼公式：赖曼公式给出了氢原子光谱中发射线的频率与能级之间的关系。
对于氢原子的Lyman系列（电子从n ≥ 2的能级跃迁到n = 1能级），发射线频率与能级之间的关系为ν = R_H(1/n^2 - 1/1^2)，其中ν为发射线的频率，R_H为里德伯常量，n为整数。
3. 能级间距：氢原子的能级间距逐渐减小，当电子处于高能级时，能级间距较大，发射的光频率较高；而当电子处于低能级时，能级间距较小，发射的光频率较低。
4. 能级分裂：氢原子在外加磁场的作用下，能级会出现分裂，从而产生一系列谱线。
这被称为塞曼效应。
这些实验规律为理解氢原子的光谱提供了重要的指导，并为量子力学提供了实验基础。
本科实验报告(氢原子光谱测量)
氢原子光谱的测量一、试验目的(1）、了解小型棱镜摄谱仪的结构,掌握其分光原理。
(2）、学习用摄谱仪测量光谱波长的基本实验技术。
（3)、测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，并计算里德伯常量.二、实验原理1、氢原子光谱的规律原子光谱与原子能级是密切相关的。
测量原子光谱的波长可推知原子能级的结构。
氢光谱中位于可见光区四条谱线的波长可用下面的经验公式表示：λ B (n=3,4，5,…） (2-232）式中，B是一恒量，值为364.56nm，是谱线系极限值，即n→∞时的波长值。
里德伯将此公式改为波数=1/λ表示=） (2—233）式中，R H 称为氢原子的里德伯常量,其实验测量值为109677.6cm-1。
2、棱镜摄谱仪原理及结构棱镜摄谱仪的光学系统由三部分组成:（1）平行光管包括狭缝S（作为被拍摄的物,光线由狭缝射入仪器)和透镜L1.S平面位于L1的焦面上，因而从S上每点发出的复色光经L1后变为平行光。
（2）、色散系统以棱镜作为色散元件。
不同波长的平行光经棱镜折射后变为不同方向的平行光。
（3）光谱接收部分包括透镜L2及放置在L2焦面上的照相感光板F.不同方向的平行光束L2聚焦，成像在不同位置，形成S的一系列单色像S1，S2,…。
F放在像面上，就在F上形成一排细线，每一条细线对应于一定的波长，叫光谱线。
图1 小型棱镜光路图2 摄谱仪光学系统原理图3、谱线波长的测量（1）、目测法用眼睛通过看谱镜直接观测。
先用已知波长λs的光谱作标准，通过读数鼓轮来确定待测各谱线的波长λx。
（2)、照相法将波长已知的光谱线（比较光谱）和波长未知的光谱线（待测谱线）拍摄在同一张感光板上。
拍摄时,不能移动狭缝和摄谱暗箱,只能通过抽动哈特曼光阑,使比较光谱和待测光谱中常用线性内插法测量.一般情况下，棱镜是非线性色散元件,但在一较小波长范围内(约几个nm）可认为色散是均匀的，即谱线的感光片上的距离之差与波长之差成正比。
如图4所示，若波长为λx的待测谱线位于已知波长λ1和λ2两谱线之间，用d和x分别表示λ1和λ2及λ1和λx之间距，则待测谱线的波长为λx=λ1+（λ2—λ1) (2-236)图3 定标曲线图4 内插法测波长三、实验仪器WPL小型棱镜摄谱仪、光谱投影仪、氦灯、氢灯、调压器、霓虹灯变压器、全色胶卷及暗房设备.四、实验步骤1、调试小型棱镜摄谱仪至工作状态（1）调整光源与聚光镜的位置,使其与平行光管等高、共轴；点燃氦灯,前后移动聚光灯，将光源成像于狭缝处，均匀照亮整个狭缝使通过摄谱仪的光通量达到最大.(2)调节狭缝宽度和调焦,使该谱线清晰.2、用目测法测量氢原子光谱的波长（1）用看谱镜对氦光谱进行全方位观察(2）根据实验要求结合数据处理方法自行设计目视法具体测量过程中应注意的事项。
氢原子光谱的规律性巴尔末公式
波数：
1
n 3,4,
巴尔末系
（可见光）
1 1 RH 2 2 n 2
里德伯-里兹并合原则
RH 1.097 373 153 4 10 7 m 1 ―里德伯常量
1 1 RH 2 2 T (m) T (n) (n > m) m n RH 光谱项： T (n) 2
谱线的波数可以表示为两光谱项之差。
n
氢原子光谱中的其他谱线系： 1 1 赖曼系（1916） RH 2 2 （紫外光） n 1 帕邢系（1908）
（红外光）
n 2,3,
1 n 4,5, 1 RH 2 2 n 3
1 1 n 5,6, 布喇开系（1922） R 2 H 2 （红外光） n 4
r
e
v e F +
e
e +
2.玻尔理论的假设：
⑴ 原子中的电子只能在一些特定圆轨道上运动而不 辐射电磁波，这时原子处于稳定能量状态（定态）。
⑵ 电子在稳定圆轨道运动，轨道角动量呈量子化。
h L mvr n 2 n 1,2,3,
—量子化条件 —主量子数
⑶ 当原子从一个能量为En的定态跃迁到能量为Em 的定态时，要发射或吸收一个频率为ν的光子。
§15-4 氢原子的玻尔理论
一、近代氢原子观的回顾 1、 氢原子光谱的规律性
H
Hα
H
Hβ
H H
Hγ Hδ
656.3nm
486.1nm 434.1nm 410.2nm
n2 巴尔末公式： 364.56 2 nm (n 3,4,5,) 2 n 2 n 3 实验值 656.28 nm；计算值 656.21 nm
第4章 4.氢原子光谱和玻尔的原子模型—新教材人教版(2019)高中物理选择性必修第三册讲义
4．氢原子光谱和玻尔的原子模型学习目标:1．[物理观念]知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容,了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。
2.[科学思维]掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图,理解理论的局限性与不足,能用原子能级图分析、推理、计算,提高解决问题的能力。
3.[科学探究]通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解,揭示物理现象的科学本质,提高探究能力。
4.[科学态度与责任]学会用事实说话,坚持实事求是的科学态度,体验科学家的艰辛,激发探索科学规律的热情。
阅读本节教材,回答第84页“问题”并梳理必要的知识点。
教材P84“问题”提示:每种原子都有自己的特征谱线,食盐钠原子能发出黄色频率的光线。
一、光谱及氢原子光谱的实验规律1．光谱(1)定义:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2)分类○1线状谱:有些光谱是一条条的亮线,叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱。
○2连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,叫作连续谱。
○3特征谱线气体中中性原子的发射光谱都是线状谱,且不同原子的亮线位置不同,故这些亮线称为原子的特征谱线。
(4)光谱分析○1定义:利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。
○2优点:灵敏度高。
说明:同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。
2．氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难(1)氢原子光谱的实验规律○1巴耳末公式 1λ＝R ∞⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2 n ＝3,4,5,… ○2意义:巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
(2)经典理论的困难(1)用经典电磁理论在解释原子的稳定性时遇到了困难。
(2)用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的线状谱时遇到了困难。
说明:氢原子光谱是线状谱,只有一系列特定波长的光。
二、玻尔原子理论的基本假设1．玻尔原子模型(1)原子中的电子在库仑力的作用下,绕原子核做圆周运动。
物理学 氢原子光谱
• 按谱线形状分：线状谱、
带状谱和连续谱。
2. 氢原子光谱的实验规律
• 氢气放电管可以获得氢原子光谱，谱线的间隔和 强度都向短波方向递减。
氢原子的光谱（可见区和近紫外区）
• 1885年，巴耳末发现这些谱线的波数（波长的 倒数）有一个简单关系式（氢原子的线状光谱）
• 氢原子光谱的其它谱线系 赖曼系（紫外） 帕邢系（红外）
12.3 氢原子光谱
1. 光谱 2. 氢原子光谱的实验规律
3. 经典理论的困难
1. 光谱
• 散射实验肯定了原子核的存在，核外电子情形呢？
• 光谱是光的频率成分和强度成分的关系图，是用光
谱仪测量的。
• 不同波长的光线会聚在屏
上不同点，在屏上形成一系
列狭缝的象（细线），摄成
的光谱照片----谱线。
棱镜光谱仪示意图
布拉开系（红外） 普丰特系（红外）
• 氢原子光谱的波数可统一表达
式中
对于每一个
构成一个谱线系。
例1 计算赖曼系中波长最长的谱线和线系限对应的 波长值。
解：由赖曼系光谱公式，最长的谱线对应于
因此
线系限对应于 即：赖曼线系的波长范围为
4. 经典理论的困难
• 所有原子都会变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原子核大小才是稳定的； • 原子的光谱应该总是连续的。
经典理论不能解释原子的稳定性、原子的线状谱。
氢原子光谱的实验规律
氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律是原子光谱学中的重要内容，通过对这些规律的研究，我们可以深入了解氢原子的结构和性质。
以下是氢原子光谱的实验规律：1.光谱线系的规律性：氢原子光谱是由一系列具有特定波长的线组成的线系。
这些线按照波长的顺序排列，形成光谱的各个部分，如赖曼系、巴尔末系等。
这些线系的分布和排列都遵循着一定的规律，反映了氢原子能级的变化规律。
2.波长与能级的关系：氢原子光谱的波长与氢原子的能级有关。
根据玻尔的原子模型，当氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子，其波长与能级差有关。
因此，通过对光谱线的波长进行测量和分析，可以推导出氢原子的能级结构。
3.谱线强度与能级能量差的关系：氢原子光谱的强度与氢原子的激发态和基态之间的能量差有关。
能量差越大，从激发态跃迁到基态时释放的光子能量越高，谱线的强度越强。
因此，通过对光谱线强度的测量和分析，可以了解氢原子不同能级之间的能量差。
4.跃迁选择定则：根据量子力学原理，氢原子在发生能级跃迁时，只能选择满足选择定则的跃迁方式。
这些选择定则规定了不同能级之间跃迁的条件，包括允许和禁戒跃迁。
通过对谱线的观察和分析，可以了解这些选择定则的具体表现。
5.光谱精细结构：氢原子光谱除了具有主线系外，还有许多细分的结构，称为光谱的精细结构。
这些精细结构是由量子力学中的自旋-轨道耦合作用引起的，它们的观察和分析可以帮助我们深入了解氢原子的内部结构和性质。
6.实验手段的多样性：为了获得更准确和详细的光谱数据，实验上采用了多种手段和技术，如光谱仪的改进、高精度测量技术的运用、激光光谱等。
这些技术和手段的应用，使得我们可以更深入地研究和了解氢原子光谱的规律和机制。
综上所述，氢原子光谱的实验规律是研究原子结构和性质的重要手段之一。
通过对这些规律的研究和分析，我们可以深入了解原子能级结构、能级跃迁类型、跃迁选择定则等方面的问题，为量子力学和原子物理学的发展提供重要的实验依据。
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1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式
1 1 波数 R( 2 2 ) n f ni
n f 1,2,3,4,n, ni n f 1, n f 2, n f 3,
7 1 R 1 . 096775 10 m 里德伯常量
1
第一节 氢原子的玻尔理论 2. 其它的氢原子光谱线系
1 1 普丰德系 R( 2 2 ) , n 6,7, 5 n 1 1 1 汉弗莱系 R( 2 2 ) , n 7,8, 6 n 1
1
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。 （1）连续光谱：由连续分布的一切波长的光组成的。 炽热的固体、液体及高压气体的光谱是连续光谱。 例如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出 的光都形成连续光谱。
（2）明线光谱：只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光
谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。明 线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光特征谱线相对应。
3.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
定义：由发光体直接产生的光谱
紫外 莱曼系
1 1 可见光 巴尔末系 R ( 2 2 ) , n 3,4, 2 n 1 1 1 帕邢系 R ( 2 2 ) , n 4,5, 3 n
红外
R( 2 2 ) , n 2,3, 1 n
1
1
1
1
1 1 布喇开系 R( 2 2 ) , n 5,6, 4 n
体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
656nm
486nm
434nm
410nm
各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光， 明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
2.吸收光谱：高温物体发出的白光（其中包含连续分
布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质 吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
钠蒸气
实验表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原 子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线与明线 光谱的谱线相对应。另外，太阳的光谱是吸收光谱。
相对应）
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
二、氢原子光谱
氢 放 电 管
光 源 全息干板 光阑 三棱镜 （或光栅）
2~3 kV
1. 氢原子光谱的规律性
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
365.46
n2 n 2
2 2
nm , n 3,4,5,
发 产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的 射 光 连续光谱 光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有 谱
｛
光 谱
明线光谱 产生条件：稀薄气体发光形成的光谱 （原子光谱） 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（又叫原子特征光谱）
｛
吸 收 光 产生条件：炽热的白光通过温度较低的气体后，再色散形 谱 成的 光谱形式：连续光谱背景上出现一些暗线（与原子特征谱线
第三节 氢原子光谱的实验规律
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。
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。
光谱分为发射光谱和吸收光谱。
1.发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射 光谱。