实验 19．2

将一支充有低压氢气的氢光谱管，接在高压电源上，当光谱管中稀薄氢气放电时，通过分光镜观察，并摄取它的光谱，可以发现它的谱线是由几条频率固定不变的紫、蓝、红色谱线组成的。

1. 世纪初人们仔细研究了氢光谱，发现氢光谱有两个谱线系：一个叫巴尔末系，有四条可见光谱线和一些紫外光谱线组成；另一个叫帕邢系， 在红外区。

经测定，氢光谱巴尔末系的四条可见光谱线的频率和能量分别是（图19-9）。

图 19-9

HανHα=4.57×1014Hz，EHα=hνHα=hνHα=1.89eV HβνHβ=6.17×1014Hz，EHβ=2.55eV。HγνHγ=6.91×1014Hz，EHγ=2.86eV HδνHδ=7.31×1014Hz，EHδ=4.85eV。

根据玻尔理论，氢原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，氢原子的各个定态的能量值叫做氢原子的能级。在正常情况下，氢原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫做基态。当氢原子吸收了一定量的外界辐射能后，就会从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动，这种定态叫激发态。处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的激发态和基态跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射，这就是原子发光现象，原子发光的能量等于两能级间的能量差（图 19-10）。

图 19-10

氢原子的基态能量：E1＝－13.6eV。

氢原子的激发态能量：En

= 1 E

n2

₁（n为正整数）。

其中：

1

E2 ＝

22

E1＝－3.40eV。

1

E2 ＝ 32

E ＝ 1

E1＝ − 1.51eV。

E ＝－0.850eV 。

4 42

1

E5＝

52

1

E1＝－0.544eV。

氢原子由高激发态跃迁到 E2 激发态时放出的能量为： E3－E2＝[－1.51－(－3.40)]eV＝1.89eV。

E4－E2＝2.55eV。E5－E2＝2.86eV。

和氢光谱巴尔末系几条谱线的实测能量对照可知： E3－E2＝EHα。

E4－E2＝EHβ。E5－E2＝EHγ。

按照玻尔理论计算的结果和氢光谱巴耳末系可见光范围内谱线能量的实测结果相一致，可见巴尔未系的谱线就是由氢原子从高激发态向第二轨道跃迁时所发出的光子形成的（图 19-11）。

图 19-11

此后，又在紫外区域和远红外区域发现了氢光谱的另外一些谱线系， 这些谱线系的谱线能量的实测值也同样和玻尔理论电子跃迁时的计算值符合得很好。

玻尔理论在解释氢原子光谱的规律上获得了极大的成功，但在解释其他比较复杂的原子光谱时却遇到很大的困难。这表明玻尔理论具有很大的局限性，问题在于玻尔在引进量子观念的同时，保留了过多的经典物理的理论，对经典物理的改造还不够彻底。然而玻尔理论毕竟在引进量子观念上跨出了重要的一步，在物理学的发展史上有着不可磨灭的功绩。