买验四 氢光谱与类氢光谱 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系,因此,光谱是研究原子结构的 种重要的方法氢原子结构是所有原子中最简单的,便于从实验上和理论上对它 进行充分的研究.早在1853年,埃格斯特朗就对氢光谱作了精确的测量.一百多 年来,对氢光谱和氢原子结构的研究从未间断,它是实验研究与理论研究相互促 进的典范.1885年,巴耳末根据实验结果得出在可见光区的氢光谱分布规律的 经验公式,并能精确地预告尚未被测到的谱线.但是无法被人理解.1889年,里 德伯提出了一个普遍的方程—里德伯方程.1911年,卢瑟福建立了正确的原 子结构模型;1913年,玻尔对原子结构问题提出了新的假设,把量子说引入卢瑟 福模型,从而首先成功地建立了氢原子理论,可以准确地推导出巴耳末公式,并 能从理论上由电子电荷与质量一e,m,以及普朗克常数h计算里德伯常数,与实 验值符合得很好,但仍有5×10-‘的差异,而实验结果的准确度却已达10,著 名的英国光谱学家福勒对此提出了质疑.玻尔在1914年对此作了回答:在原来 的理论中,假定氢核是不动的,电子绕核运动;也就是说,假设氢核(质子)的质量 是无穷大,这是需要修正的.根据氢核与电子的两体运动.对实验值进行了修正, 与理论值的符合程度有了进一步的提高,准确度可达10-.当时,还有一些问 题尚待解决,例如,早在1896年,迈克耳孙和莫雷就发现氢的H线是双线,相 距0.36cm,后来又在高分辨率光谱议中发现它是三重线.为了解释这一实 验事实,索末菲把玻尔的圆形轨道改为椭圆形轨道,但由于能级的简并,问题 并未得到解决,所以又引入了相对论修正(根据玻尔理论,电子的运动速度与 光速的比值等于1/a~1/137),能级分裂了,与实验结果“完全符合”,但这完 全是一种巧合.玻尔理论取得了很大的成功,在近代物理发展史上占有重要的 地位,但也不可避免地有它的历史局限性.虽然经过索末菲等人的修改,但并 未作原则性的改革,根本缺点依然存在在方法论上,还没有跳出经典理论的 范畴 1926年海森伯用量子力学计算了氢原子的光谱项,但与实验结果的差异 反而大了.1928年狄拉克用他建立的相对论量子力学自然地计入电子的自旋, 圆满地解释了氢光谱但获得准确解是困难的,因为相对论效应必然与核的运动 有关,氢原子能量的相对论改正项与精细结构常数a及电子和质子的质量m 娑扫描全能王创建扫描全能王 创建