第 4 节氢原子的光谱与能级结构

第4节氢原子的光谱与能级结构 宁强天津中学张映平

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一、光谱

观察光谱实验 1.实验

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

一、光谱及分类 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。 1.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。

标度管 三棱镜平行光管观察管分光镜

分光镜原理分析 标度管

（1）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。炽热的固体、液体及高压气体的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。

2）明线光谱（原子光谱） 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。光谱管高压电源

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。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。

吸收光谱 光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子的特征谱线相对应。钠蒸气

氢气的吸收光谱 氢气

（3）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。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与明线相对应，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。

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｛连续光谱光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有光谱产生条件：稀薄气体发光形成的光谱｛线状光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）（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光谱吸收光谱产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，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）

（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。研究太阳高层大气层所含元素

二、氢原子光谱 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。

Hδ Hγ Hβ Hα 410.1nm 434.0nm 652.2nm 486.1nm λ/nm (紫绿色） (青色） (蓝绿色） (红色）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)

巴尔末公式 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 紫外线区赖曼线系红外区还有三个线系帕邢线系布喇开系普丰特线系

n=6 n=5 E4= -0.85ev n=4 E3= -1.51ev n=3 Hδ Hγ Hβ Hα n=2 E2= -3.4ev 410.1nm Hα Hβ Hγ Hδ 486.1nm 652.2nm 434.0nm E1= -13.6ev n=1 玻尔理论对氢原光光谱的解释 λ/nm

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光谱是线状谱事实上：原子是稳定的三、卢瑟福模型的困难卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾核外电子绕核运动

卢瑟福原子核式模型无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征。卢瑟福原子核式模型无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征。按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。实验表明原子相当稳定，轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，原子光谱应是连续的光谱。实验测得原子光谱是不连续的谱线。

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