氢原子能级与光谱跃迁

实验目的

理解氢原子能级的量子化,以及跃迁与谱线的对应关系。

实验原理

按玻尔模型,氢原子能级 En = -13.6 eV / n2(n = 1、2、3…),n=1为基态,其余为激发态。电子从高能级跃迁到低能级时辐射光子,光子能量 hν = E高 - E低;吸收相应能量的光子则向高能级跃迁。能级是分立的,所以光谱是线状光谱。

实验器材

• 氢原子能级图
• 基态(n=1)
• 激发态(n=2、3、4…)
• 电子跃迁箭头
• 光子能量与谱线

实验步骤

1. 观察能级图,记下各能级的能量值
2. 认识基态和各激发态
3. 让电子由高能级跃迁到低能级,观察光子辐射
4. 计算两能级的能量差,即光子能量
5. 比较不同跃迁对应的谱线
6. 让电子吸收光子,观察向高能级跃迁

实验现象与结论

能级值为:n=1时-13.6 eV,n=2时-3.4 eV,n=3时-1.51 eV。跃迁到n=2的谱线属于巴耳末系,其中n=3到n=2对应红色谱线(约656.3 nm)。跃迁能量差不同,谱线位置就不同。

注意事项

• 能量差取绝对值,光子能量总为正值
• 能级越高,相邻能级的间距越小

常见问题

氢原子的能级公式是什么?

En = -13.6 eV / n2,n为正整数。基态n=1,能量为-13.6 eV。

为什么氢原子光谱是线状光谱?

氢原子能级是分立的,跃迁时辐射的光子能量只有特定值,所以只出现特定位置的亮线。