原子光谱与分子光谱.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一 理解,氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。,二 了解,四个量子数的物理意义,取值及作用。,教学基本要求,三 了解原子光谱和分子光谱。,四 了解,激光形成,特点及主要应用。,第十四章 原子光谱与分子光谱,氢放电管,23 kV,光阑,全息干板,三棱镜,（或光栅）,光,源,实验及氢原子的巴耳末线系照片,一 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,1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式,波数,里德伯常量,第一节 氢原子的玻尔理论,莱曼系,紫外,巴尔末系,可见光,帕邢系,布喇开系,普芬德系,汉弗莱系,红外,第一节 氢原子的玻尔理论,二 玻尔的氢原子理论,（1）,经典核模型的困难,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.,+,原子不断地向外辐射能量，,能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；,由于原子总能量减小，电子,将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定.,+,第一节 氢原子的玻尔理论,（2）,玻尔的三个假设,假设一,电子在原子中，可以在一些,特定,的轨道上运动而,不,辐射电磁波，这时原子处于,稳定,状态（,定态,），并具有一定的能量.,量子化条件,频率条件,假设二,电子以速度 在半径为 的圆周上绕核运动时，只有电子的,角动量,等于 的,整数倍,的那些轨道是,稳定,的.,主,量子数,假设三,当原子从高能量 的定态跃迁到低能量,的定态时，要发射频率为 的光子.,第一节 氢原子的玻尔理论,由假设,2,量子化条件,由牛顿定律,玻尔半径,氢原子能级公式,第,轨道电子总能量,第一节 氢原子的玻尔理论,（电离能）,基态,能量,激发态,能量,氢原子能级图,基态,激发态,自由态,第一节 氢原子的玻尔理论,玻尔理论对氢原子光谱的解释,氢原子能级跃迁,与光谱系,莱曼系,巴耳末系,帕邢系,布拉开系,（里德伯常量）,第一节 氢原子的玻尔理论,（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；,四 氢原子玻尔理论的意义和困难,（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,赋予它们量子化的特征.,第一节 氢原子的玻尔理论,一 氢原子,球坐标的定态薛定谔方程,第二节 四个量子数,1.,能量量子化 与主量子数,能量,主量子数,n,=,1,，,2,，,3,，,电子云,电子在这些地方出现的概率最大,电子云密度 概率密度,nlm,2,（,r,）,玻尔氢原子理论中，电子的轨道位置,第二节 四个量子数,2.,角动量量子化与角量子数,角量子数,l,=0,，,1,，,2,，,n,-1,3.,角动量空间量子化与磁量子数,电子绕核转动的角动量,L,的大小,角动量,L,的在外磁场方向,Z,的投影,磁量子数,m,l,=0,1,2,l,第二节 四个量子数,磁量子数,m,l,=0,1,2,L,在,Z,方向的投影,z,L,的大小,例如,l,=2,电子角动量的大小及空间取向？,z,第二节 四个量子数,电子自旋角动量大小,S,在外磁场方向的投影,s,自旋量子数,电子自旋角动量在,外磁场中的取向,自旋磁量子数,m,s,取值个数为,二,.,电子自旋,(,1925,年乌伦贝克等,),m,s,=,1/2,2,s,+1=2,则,s,=,1/2,，,第二节 四个量子数,三,.,四个量子数,（表征电子的运动状态）,1,.,主量子数,n,(1,2,3,),2,.,副量子数,l,(0,，,1,，,2,，,.,n,-1),3,.,磁量子数,m,l,(0,，,1,，,2,，,.,l,),4,.,自旋磁量子数,m,s,(1/2,-1/2),大体上决定了电子能量,决定电子的轨道角动量大小，对能量也有稍许影响。,决定电子轨道角动量空间取向,决定电子自旋角动量空间取向,第二节 四个量子数,例,求,解,一群氢原子被外来单色光照射后发射的谱线中，在巴耳末系中只能观察到,3,条谱线,（,1,）外来光的波长,（,2,）外来单色光子的能量,（,3,）除巴耳末系的,3,条谱线外还有几条谱线,(1),(2),(3),除巴耳末系还可能的谱线,（共,7,条）,第二节 四个量子数,第四节 分子光谱（自学）,一、分子光谱,分子,谱线组成的一个个光谱带，若干个光谱带又归并成一个光谱带系，因此称为带状光谱。,1.,转动能级及其光谱,2.,振动能级及其光谱,二、分子能级,第三节 原子光谱（自学）,一 自发辐射 受激辐射,1,自发辐射,原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级 自动跃迁到低能级,这种跃迁称为自发跃迁,.,由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射,.,.,发光前,.,。,发光后,自发辐射,第五节 激光,2,光吸收,原子吸收外来光子能量,并从低能级 跃迁到高能级,且,这个过程称为光吸收,.,吸收后,。,.,吸收前,.,受激吸收,第五节 激光,3,受激辐射,由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光,.,原子中处于高能级 的电子,会在外来光子,(,其频率恰好满足,),的诱发下向低能级 跃迁,并发出与外来光子一样特征的光子,这叫受激辐射,.,.,.,。,发光前 发光后,受激辐射的光放大示意图,第五节 激光,二 激光原理,1,粒子数正常分布和粒子数布居反转分布,表明,处于低能级的电子数大于高能级的电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布,.,叫做粒子数布居反转,简称粒子数反转或称布居反转,.,已知,粒子数的正常分布,.,.,.,.,.,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,粒子数反转分布,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,。,。,。,。,。,第五节 激光,美国物理学家梅曼于,1960,年,9,月制成第一台红宝石固体激光器,.,从外界输入能量（如光照,放电等）,把低能级上的原子激发到高能级上去,这个过程叫做,激励,（也叫泵浦）,.,红宝石中铬离子能级示意图,.,.,。,。,基态,亚稳态,激发态,第五节 激光,2,光学谐振腔 激光的形成,光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡,.,加强光须满足,驻波条件,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,激光光束,全反射镜,光学谐振腔示意图,部分透光反射镜,第五节 激光,三 激光器,1,氦氖气体激光器,氦氖激光器,全反射镜,部分反射镜,A,K,输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等优点,氦和氖的原子能级示意图,基态,亚稳态,氦,氖,632.8nm,1,2,3,第五节 激光,2,红宝石激光器,红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为,694.3nm,.,。,。,。,全反射镜,半透射镜,红宝石棒,。,脉冲灯,红宝石激光示意图,激光器发展的主要方面,（,1,）扩展了激光的波长范围,.,（,2,）激光的功率大大提高,.,（,3,）激光器已能实现小型化,.,第五节 激光,四 激光器的特性和应用,1,方向性好,利用激光准直仪可使长为,2.5km,的隧道掘进偏差不超过,16nm.,2,单色性好,3,能量集中,4,相干性好,普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相干光,激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相干光,.,激光的 单色性比普通光高 倍,.,第五节 激光,