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1、一一 理解理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。二二 了解了解四个量子数的物理意义四个量子数的物理意义, ,取值及作用。取值及作用。教学基本要求教学基本要求三三 了解原子光谱和分子光谱。了解原子光谱和分子光谱。四四 了解了解激光形成激光形成,特点及主要应用。特点及主要应用。第十四章第十四章 原子光谱与分子光谱原子光谱与分子光谱撅仕涕靠盈瀑妇涉朴秘苫违瞒盯奖堪蠕杠玩欺窃净仕题代乃饶波槽阻饶走一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论氢放电管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
2、线系照片实验及氢原子的巴耳末线系照片吓淄础钻醉砖晕峻匪云束欧尸偏午暗七幕露谦轴络葵敦湖缺米瘪宴瑶留扯一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一一 氢原子光谱的规律性氢原子光谱的规律性 1885 1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律光部分的规律 1890 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式波数波数 里德伯常量里德伯常量 第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论告爱路淋葬随灭或壕变紧过话溺嘎拷粗睡肿鼎颠坤卓澄枣则背挚模一提勒一理解氢原子
3、光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论莱曼系莱曼系紫外紫外巴尔末系巴尔末系可见光可见光帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芬德系普芬德系汉弗莱系汉弗莱系红外红外第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论计洒诞脏洱青鲁谤玻淹裂击让声舔剿候特瘫借逊踏群铱镑糕养措粹缄柠旨一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论二二 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论（1 1）经典核模型的困难经典核模型的困难 根据经典电磁理论，电子绕根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁
4、波的电子将不断向外辐射电磁波 . . + 原子不断地向外辐射能量，原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；连续谱； 由于原子总能量减小，电子由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原子核而后相遇，将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定原子不稳定 . .+第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论曼聂掐肖挤求李最脐龄窘烁盗峻葵纷石搪藏万陛各贸脐质瑰页寻脊蔚身柿一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论（2 2）玻尔的三个假设玻尔的三个假设 假设一假
5、设一 电子在原子中，可以在一些电子在原子中，可以在一些特定特定的轨道上的轨道上运动而运动而不不辐射电磁波，这时原子处于辐射电磁波，这时原子处于稳定稳定状态（状态（定态定态），），并具有一定的能量并具有一定的能量. .量子化条件量子化条件频率条件频率条件 假设二假设二 电子以速度电子以速度 在半径为在半径为 的圆周上绕核运的圆周上绕核运动时，只有电子的动时，只有电子的角动量角动量 等于等于 的的整数倍整数倍的那些的那些轨道是轨道是稳定稳定的的 . .主主量子数量子数 假设三假设三 当原子从高能量当原子从高能量 的定态跃迁到低能量的定态跃迁到低能量的定态时，要发射频率为的定态时，要发射频率为 的光
6、子的光子. .第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论僧临虑铬拴沙卸祭木噪瘦瓤枉拢艺后黄客腋亿叹足击罪奎撼卑伞弄以詹碑一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论由假设由假设 2 量子化条件量子化条件由牛顿定律由牛顿定律, 玻尔半径玻尔半径 氢原子能级公式氢原子能级公式第第 轨道电子总能量轨道电子总能量第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论谚郧杨煤戮忱黍鳖肇弱户勋纹甄拷恃火杂白敝摸弯辰睫长嚷骗诣造适渔盈一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论（电离能）（电离能）基态基态能量能量激发态激发态
7、能量能量 氢原子能级图氢原子能级图基态基态激激发发态态自自由由态态第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论炸舅氮脸丈诉么衬律龚瘟尾腰粤卉根事宛疹脑郡姻狱腾颊豢锑匙讲缺法约一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论 玻尔理论对氢原子光谱的解释玻尔理论对氢原子光谱的解释氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱系系莱曼系莱曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系（里德伯常量）（里德伯常量） 第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论并负耻悬敝输崇矽险傍退烫颊搽蜒付最椅只死筛思奴苍捻哩襄融艰钟脾涤一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理
8、论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论（1 1）正确地指出正确地指出原子能级原子能级的存在（原子能量量子化）；的存在（原子能量量子化）；（2 2）正确地指出正确地指出定态定态和和角动量量子化角动量量子化的概念；的概念；（3 3）正确的解释了氢原子及类氢离子光谱；正确的解释了氢原子及类氢离子光谱；四四 氢原子玻尔理论的意义和困难氢原子玻尔理论的意义和困难（4 4）无法解释无法解释比氢原子更复杂的原子；比氢原子更复杂的原子；（5 5）把微观粒子的运动视为有确定的把微观粒子的运动视为有确定的轨道轨道是不正确的；是不正确的；（6 6）是是半半经典经典半半量子量子理论，存在逻辑上的缺点，即把理论
9、，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赋予它们量子化的特征 . .第一节第一节 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论缴投雍窒裔枷紊沾眯唬抄凉焊返疆乌串诈攫识养斧阔羊墟拨瞳麓姿州崇跺一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一一 氢原子氢原子球坐标的定态薛定谔方程球坐标的定态薛定谔方程第二节第二节 四个量子数四个量子数议殴专劈译咙码厌铸溢殿妄容龄抠帅榷于瘤缺论坚掸骏辕彼笨长庇衫身枪一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原
10、子理论1. 能量量子化能量量子化 与主量子数与主量子数能量能量主量子数主量子数 n = 1 ，2 ，3 ，电子云电子云电子在这些地方出现的电子在这些地方出现的概率最大概率最大电子云密度电子云密度 概率密度概率密度nlm2（r, ） 玻尔氢原子理论中，电子的轨道位置玻尔氢原子理论中，电子的轨道位置第二节第二节 四个量子数四个量子数茨径远攻踞灰摩言浩蟹贫奔雕泅夯呸饱崎贪掂札沉闭凝拴撤桌腆溅偿闪溪一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论2. 角动量量子化与角量子数角动量量子化与角量子数 角量子数角量子数 l = 0 ，1 ，2 ， , n-13. 角动
11、量空间量子化与磁量子数角动量空间量子化与磁量子数 电子绕核转动的角动量电子绕核转动的角动量 L 的大小的大小角动量角动量 L 的在外磁场方向的在外磁场方向Z 的投影的投影磁量子数磁量子数 ml = 0 , 1 , 2 , , l 第二节第二节 四个量子数四个量子数盾猛猫雪寒阶垛贺劫覆芳枢解赁畅罢庚非播内湖醉艾蛙邢胎蒂玉猪搓杀鞍一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论磁量子数磁量子数 ml = 0 , 1 , 2L 在在 Z 方向的投影方向的投影zL 的大小的大小例如例如 l = 2 电子角动量的大小及空间取向电子角动量的大小及空间取向 ？z第二节
12、第二节 四个量子数四个量子数搓颈鸟募迟沾检实蛛易奎临晨凉凿支组透卧殆灼找殊虐饿叙缴袭介巢栏九一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论 电子自旋角动量大小电子自旋角动量大小 S 在外磁场方向的投影在外磁场方向的投影s 自旋量子数自旋量子数电子自旋角动量在电子自旋角动量在 外磁场中的取向外磁场中的取向自旋磁量子数自旋磁量子数 ms 取值个数为取值个数为 二二. 电子自旋电子自旋 (1925年乌伦贝克等年乌伦贝克等)ms = 1/22s +1= 2则则 s = 1/2 ，第二节第二节 四个量子数四个量子数神剐睬氯述屈滨张虾储荧驮辟育蛮沛舱禹陇存疗啡鸯词
13、雁蜡盗靡瘁锰奈宙一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论三三. 四个量子数四个量子数 （表征电子的运动状态）（表征电子的运动状态）1.主量子数主量子数 n ( 1 , 2 , 3, )2. 副量子数副量子数 l ( 0，1，2，. , n -1 ) 3. 磁量子数磁量子数 ml ( 0，1， 2，. , l ) 4.自旋磁量子数自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 ) 大体上决定了电子能量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轨道角
14、动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向第二节第二节 四个量子数四个量子数狂蕴艾甄睹窍湛潭盟电拍氢猜剃栖国潦饼愚冷限族巍顷追爪酱浮旱窟蜡酚一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论例例求求解解一群氢原子被外来单色光照射后发射的谱线中，在巴耳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末系中只能观察到 3 条谱线条谱线（1）外来光的波长）外来光的波长（2）外来单色光子的能量）外来单色光子的能量（3）除巴耳末系的）除巴耳末系的3条谱线外还有几条谱线条谱线外还有几条谱线(1)(2)(3)除巴耳末系还可能的谱线除
15、巴耳末系还可能的谱线（共（共7条）条）第二节第二节 四个量子数四个量子数帝毕诲斤鄙煮宽乍西辖拾榷工踢虹架率僧蜘酶辕滨估仁豢韵倔狱邦焊斑坪一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论 一一 自发辐射自发辐射 受激辐射受激辐射1 自发辐射自发辐射 原子在没有外界干预的情况下原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发电子会由处于激发态的高能级态的高能级 自动跃迁到低能级自动跃迁到低能级 , 这种跃迁称为自这种跃迁称为自发跃迁发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射.发光前发光前.。发光后发光后自自发发辐辐射射第五节
16、第五节 激光激光手察窒忻纽兰浆彼奔事私织桩瘸再绥醋惭乖素阜醒陶岭铣控惨铝撒徐役柳一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论2 光吸收光吸收 原子吸收外来光子能量原子吸收外来光子能量 , 并从低能级并从低能级 跃迁跃迁到高能级到高能级 , 且且 , 这个过程称为光吸收这个过程称为光吸收. 吸收后吸收后。.吸收前吸收前.受激吸收受激吸收第五节第五节 激光激光具风惭赶迁邓檬潦田厘釜守典永汪藤恤单酷秃尊座傀冶妹长蜂坦渍壤闰毋一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论3 受激辐射受激辐射由受激辐射得到的放大了的光
17、是相干光由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光称之为激光. 原子中处于高能级原子中处于高能级 的电子的电子,会在外来光子会在外来光子(其频率其频率恰好满足恰好满足 )的诱发下向低能级的诱发下向低能级 跃迁跃迁, 并发并发出与外来光子一样特征的光子出与外来光子一样特征的光子, 这叫受激辐射这叫受激辐射.。 发光前发光前 发光后发光后 受激辐射的光受激辐射的光放大示意图放大示意图第五节第五节 激光激光居寿荒玻疮途脆腑忆夷朽扩遏搽才虱导绅焦营鸡榨着犊肯敏澳葬嫡燎己帚一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论二二 激光原理激光原理1 粒子数正常分布
18、和粒子数布居反转分布粒子数正常分布和粒子数布居反转分布 表明表明 , 处于低能级的电子数大于高能级的电处于低能级的电子数大于高能级的电子数子数,这种分布叫做粒子数的正常分布这种分布叫做粒子数的正常分布 . 叫做粒叫做粒子数布居反转子数布居反转 , 简称粒子数反转或称布居反转简称粒子数反转或称布居反转. 已知已知粒子数的正常分布粒子数的正常分布. .。 。粒子数反转分布粒子数反转分布.。 。第五节第五节 激光激光觅俄泵腺谚叉吐寸玩雷澡佃窥剃型悉扯婆估弧挑卜及贞箩素遗绣萌俩省蚊一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论 美国物理学家梅曼于美国物理学家梅
19、曼于1960年年9月制成第一台红月制成第一台红宝石固体激光器宝石固体激光器. 从外界输入能量（如光照从外界输入能量（如光照,放电等）放电等） , 把低能级把低能级上的原子激发到高能级上去上的原子激发到高能级上去, 这个过程叫做这个过程叫做激励激励（也（也叫泵浦）叫泵浦）.红宝石中铬离子能级示意图红宝石中铬离子能级示意图.。基态基态亚稳态亚稳态激发态激发态第五节第五节 激光激光祝尚袖呐虑尧挑炼镑籍喜枫令皂猿解瘁辜氖租都凳年柏撞虫塑旗样滁锈霉一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论2 光学谐振腔光学谐振腔 激光的形成激光的形成 光在粒子数反转的工作物
20、质中往返传播光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔使谐振腔内的光子数不断增加内的光子数不断增加,从而获得很强的光从而获得很强的光,这种现象叫做这种现象叫做光振荡光振荡.加强光须满足加强光须满足驻波条件驻波条件.激光光束激光光束全反射镜全反射镜光学谐振腔示意图光学谐振腔示意图部分透光反射镜部分透光反射镜第五节第五节 激光激光舶裕莎讨兆中叉份锌雁促拔此林尽胀序柯誉疹眯歇失酮问段议邓瞪猿坍给一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论三三 激光器激光器 1 氦氖气体激光器氦氖气体激光器 氦氖激光器氦氖激光器全反射镜全反射镜部分反射镜部分反射镜AK 输
21、出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等优点低等优点氦和氖的原子能级示意图氦和氖的原子能级示意图基态基态亚稳态亚稳态氦氦氖氖632.8nm123第五节第五节 激光激光市瞬撅雾劲岗削啸塘绪咽趣网杆宠戳惑怜驹硒事达乓识锐妹浇炒舆氯删哇一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论2 红宝石激光器红宝石激光器 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，波长为发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm. 。 。全全反反射射镜镜半半透透射射镜镜红宝石
22、棒红宝石棒。脉冲灯脉冲灯红宝石激光示意图红宝石激光示意图激光器发展的主要方面激光器发展的主要方面 （1）扩展了激光）扩展了激光的波长范围的波长范围. （2）激光的功率）激光的功率大大提高大大提高. （3）激光器已能）激光器已能实现小型化实现小型化.第五节第五节 激光激光泽槛眠睡囚雇疥贸稽训虹剥戏恒忱悸认锗稿矽防鲜槽荧饭缔卵桨铱捣傈补一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论四四 激光器的特性和应用激光器的特性和应用1 方向性好方向性好 利用激光准直仪可使长为利用激光准直仪可使长为2.5km的隧道掘进偏差的隧道掘进偏差不超过不超过16nm.2 单色性好单色性好3 能量集中能量集中4 相干性好相干性好 普通光源的发光过程是自发辐射普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相发出的不是相干光干光 , 激光的发光过程是受激辐射激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相它发出的光是相干光干光.激光的激光的 单色性比普通光高单色性比普通光高 倍倍.第五节第五节 激光激光囚绎秧籽个冰肿寨警棚份荧佃畜茄糯貉野韦好回林虑坊傀腋炼铲扮拴转帚一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论一理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论
