棱镜摄谱仪

光栅摄谱仪

(1) 分立线状光谱

氢原子的巴耳末线系照片

(2)谱线的波数可表示为

氢光谱的里德伯常量

（3） k=2(n=3,4,5,… ) 谱线系 ——  赖曼系   （1908年）

            k=1(n=2,3,4,… ) 谱线系 —— 巴耳末系（1880年）

为什么光谱会是分立的呢？

爱因斯坦1905年提出光量子的概念后，不受名人重视，甚至到1913年德国最著名的四位物理学家(包括普朗克)还把爱因斯坦的光量子概念说成是 “迷失了方向”。可是，当时年仅28岁的玻尔，却创造性地把量子概念用到了当时人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型，解释了近30年的光谱之谜。

n        玻尔氢原子理论

1. 定态假设

稳定状态

•         电子作圆周运动

•         不辐射电磁波

•         这些定态的能量不连续

2. 跃迁假设

原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率

3.  角动量量子化假设

轨道角动量

      (约化普朗克常数)

4.  氢原子轨道半径和能量的计算

(1) 半径

向心力是库仑力

,

由上两式得, 第 n 个定态的轨道半径为

玻尔半径

(2) 能量

,,

波数(波长的倒数)

,,

故可知当n很大时谱线趋于连续

由前面推导计算得到

此次实验测得

考虑到此次测量是在空气中完成的，由：

所以经过修正

可以看到此时理论值与实验值在实验误差范围内符合的很好

n        玻尔理论的意义和缺陷

意义

1.成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来, 从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱线结构。

2.揭示了微观体系的量子化规律，为建立量子力学奠定了基础。

缺陷

1.不能处理复杂原子的问题。

2. 完全没涉及谱线的强度、宽度等特征。

3. 以经典理论为基础, 是半经典半量子的理论。

      对于电子绕核的运动，用经典理论处理；

      对于电子轨道半径，则用量子条件处理。

同位素移位

在谱线上，同位素对应的谱线会发生移位，称同位素移位。移位大小与核质量有关：核质量越轻，移位效应越大，因此氢具有最大的同位素移位。

参考文献

《量子力学教程》

《近代物理学》

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