1、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,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,里德伯常量,第一节 氢原子的玻尔理论,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 .,第一节 氢原子的玻尔理论,（2）玻尔的
2、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.,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 .,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,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,第一节 氢原子的玻尔理论,玻尔理论对氢原子光谱的解释,（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
3、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,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,磁量子数 ml
4、= 0 , 1 , 2 , , l,第二节 四个量子数,磁量子数 ml = 0 , 1 , 2,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 ms 取值个数为,二. 电子自旋 (1925年乌伦贝克等),ms = 1/2,2s +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 ml ( 0，1， 2，. , l ),4.自旋磁量子数 ms (
5、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,分子光谱是由许多密集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
6、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.,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.,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.,第五节 激光,二 激光
7、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,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）.,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,第五节 激光,三 激光器,1 氦氖气体激光器,输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等优点,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.,激光器发展的主要方面,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,
