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原子结构的探索
关于原子的结构，人们提出各种不同的模型，
经公认的是1911年卢瑟福在 粒子散射实验基础上
提出的核式结构，即原子是由带正电的原子核和核 外作轨道运动的电子组成。
卢瑟福原子有核模型：
① 原子的中心是原子核，几乎占有原子的 全部质量，集中了原子中全部的正电荷。
② 电子绕原子核旋转。 ③ 原子核的体积比原子的体积小得多。
表示的氢原子光谱公式。
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巴尔末公式


B
n2 n2 22
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数
表示的氢原子光谱公式
波数：单位长度内所包含的完整波形数目。
~ 1
1 n2 4
B
n2

4 B

1 22

1 n2

令 R 4 B
巴尔末公式
为里德伯常数 R 1.0967758107m1
莱曼系
巴尔末系 布拉开系
氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。 表现在其波数可用一普遍公式来表示：
~

R
1 m2

1 n2

（广义巴尔末公式）
式中：m 1,2,3 n取从(m+1)开始的正整数，即
n m 1, m 2, m 3,
对应一个m就构成一个谱线系。
Байду номын сангаас
~

R
1 22

1 n2

n 3,4,5,
氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。一个
在紫外区，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别
由帕邢、布喇开、普方德发现。
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紫外 莱曼系：
~

R
1 12

1 n2

n 2，3,4,
可见光
巴尔末系：~
R
每一谱线的波数都等于P两PT课项件 的差数。
10
令：T (m )

R m2
,
R T(n) n2
~

R
1 m2

1 n2

有： ~ T(m) T(n) T(m),T(n) 称为光谱项。
氢原子光谱的规律：
1）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱 线有确定的波长值，而且彼此是分立的。
H： 红色 656.210nm； Hg ： 青色 434.010nm；
Hb ：深绿 486.074nm Hd ；紫色 410.120nm
当n=7，8，9，10，为四条紫外部分谱线。
氢原子巴尔末线系
H
Hb Hg Hd H
n 3 4 5

656 .3 486 .3
364 .56nm
1890 年瑞典物理学家里德伯提出了一个用波数
玻尔的氢原子理论的三个重要假设：
定态假设 频率条件假设 量子化条件假设
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二、玻尔的氢原子理论
1、玻尔的基本假设:
1) 定态假设：原子中的电子只能在一些特定的、半径不 连续的轨道上作圆周运动，而不辐射电磁波，这时原子 处于稳定状态（简称定态），并具有一定的能量。
氢 放 电 管
2~3 kV 光 源
光阑
三棱镜 （或光栅）
全息干板
记录原子光谱原理示意图
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一、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱， 在可见光范围内有四条谱线。
H： 红色 656.210nm； Hb ；深绿 486.074nm Hg ： 青色 434.010nm； Hd ；紫色 410.120nm
1 22

1 n2

红外区：
帕邢系：
~

R
1 32

1 n2

布喇开系：
~

R
1 42

1 n2

n 3,4,5,
n 4,5,6,
n 5,6,7，
普方德系：
~

RPP5T1课2件
1 n2

n 6,7，8，
9
帕邢系 普方德系
2）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系， 它们的波长可以用一个公式表达出来，不同系的谱 线有些也有关系，例如有共同的光谱项。
3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：
~ T(m) T(n) （里兹合并原理）
任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多光 谱项中的两项之差， 这是P里PT课兹件 在1908年发现的。 11
1885 年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱 线归纳为巴耳末公式：
巴尔末公式


B
n2 n2 22
(n 3,4,5,6,)
常数 B 36PP4T.课5件7nm
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巴尔末公式


B
n2 n2 22
(n 3,4,5,6)
当 n=3，4，5，6,为四条可见光谱线H、Hb、Hg、Hd
原子半径~10-10m，原子核半径10-14 ~10-15m
原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存
在，但还不知道原子核外电子的情况。
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19世纪80年代，光谱学的发展，使人们意识到 光谱规律实质是显示了原子内在的机理。
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。
光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续 光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是 分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。
每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱 线“携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变 化特色的“信息”。
通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并 通过原子光谱的实验数据PP来T课件检验原子理论的正确性。4
21.3
氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
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除了黑体辐射、光电效应及康普顿散射外，经 典物理还在原子的结构和原子光谱的谱线规律上， 遇到重大困难。
1897年，人们发现了电子，并从实验中知道，电 子是所有原子的基本组成部分。在这之后，物理学的 中心问题就是探索原子内部的奥秘。
原子发光是重要的原子现象之一，对原子光谱的 研究是了解原子内部结构的重要手段之一。
卢瑟福的原子有核模型的困难
经典电磁理论： ①原子发射的光谱应该是连续光谱。 ②电子会落到原子核上。
e
v
F
r + e
实验事实：原子是稳定的； 原子所发射的光谱是线状的， 且具有一定的规律。
e
e +
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~

R
1 m2

1 n2

1913年，玻尔在卢瑟福的有核模型的基础上， 推广了普朗克和爱因斯坦的量子概念，并引用到原 子中来。并结合原子光谱的实验规律，提出了关于 氢原子模型的三个假设，奠定了原子结构的量子理 论基础。为此他获得1922年诺贝尔物理学奖。