巴尔末发现氢光谱规律

一、巴尔末发现氢光谱规律

1. 背景:杨的干涉实验提供了测定波长的方法。

1814——>夫琅禾费对太阳光谱也进行了细心的检验。

1859——>基尔霍夫在研究碱金属光谱发现了铯和铷。

1868——>埃格斯特朗首先找到氢光谱的谱系。

2. 瑞士科学家巴尔末(1825-1898)的贡献

如何从浩繁的光谱资料中找出其中的规律?

根据他当年的手稿和旁人的回忆,他可能是这样建立巴耳末公式的:

①开始,巴耳末采用在谱线间寻找谐和关系的办法,后来感到这个不符合谱线的实际情况,随即放弃;

②借助几何图形领悟到谱线波长趋近于某一极值,又从几何图形推测出平方关系,经反复校合,确定埃格斯特朗的数据最为精确,并找到了这个因子。 ③后来在哈根拜希教授的帮助下,将建立的公式与紫外区的第五根氢谱线核对,证明也是正确的,才有把握公之于众。

巴尔末,瑞士的一位中学数学教师,在物理学教授哈根拜希教授的指点下将氢光谱的规律总结出来,于1884年6月25日正式发表:

n 2

λ=B 2n -4,n =3,4,5,……

次年发表了论文。

1) 由于埃氏对氢谱线的精确测量,提供了氢的可见光部分的四条谱线的精确波长,从中巴尔末提出了一个共同因子:B =3645.6×10毫米。

2) 氢的前四根谱线的波长可以从这一基数,相继乘以系数9/5,4/3,25/21,9/8。初看起来,这四个系数,没有构成规则数列,但如果将第二项与第四项分子、分母分别乘以4,则分子为3×3,4×4,5×5,6×6,而分母的完全平方相

n 2

2应的差4,这样就出现了n -4的规律。 7

由于巴尔末公式的发现,光谱成因的神秘大门被打开了,人们研究原子内部结构,又有了一个新的依据,此后光谱规律不断被揭示, 一门新的系统的科学——原子光谱形成了。

二、广义巴尔末公式

巴尔末公式发表以后,不少科学家受到进一步的启发和鼓舞。又有人从恒星的光中拍摄到氢光谱,在紫外区的一些光也可从巴尔末公式中将n 取7,8……等得到。

1890年,瑞典人里德伯将氢光谱规律总结为:

~=ν1⎛1=R 2-2λn ⎝21⎫⎪⎭,n =3,4,5……

其中R=4/B,被称为里德伯常量。

三、巴尔末公式发现的过程

巴耳末公式的提出经历了一个曲折的过程。在巴塞尔大学兼任讲师期间,年近60岁的巴耳末受到该校一位研究光谱的物理学教授哈根拜希(E.Hagenbach )的鼓励,开始试图寻找氢原子光谱的规律。当时氢光谱见光区波段的4条谱线已经过埃姆斯特朗等人的精确测定,通过观测恒星光谱也发现了紫外波段的10条谱线,然而它们波长的规律尚不为人所知。巴耳末从寻找可见光波段4条谱线波长的公共因子和比例系数入手,否定了将谱线类比声音的思路。受投影几何的启发,巴耳末利用几何图形为这些谱线的波长确定了一个公共因子,写出了巴耳末公式。巴耳末公式计算出的波长与实际测量值的误差不超过波长的1/40000,吻合得非常好。随后巴耳末又继续推算出当时已发现的氢原子全部14条谱线的波长,结果和实验值完全符合。1884年6月25日,巴耳末在巴斯勒自然科学协会的演讲中公布了这个公式,同年又将其发表在当地一个刊物上,1885年又刊载在《物理、化学纪要》杂志上。几年后,巴耳末又发表了有关氦光谱和锂光谱的各谱线频率之间的类似关系。 巴耳末公式对光谱学和近代原子物理学的发展产生了重要影响。用巴耳末公式表达的一组谱线位于可见光区,为纪念巴耳末,人们把这组谱线系命名为巴耳末系。随后又发现了不同于巴耳末系的赖曼系、帕刑系等线系,它们都符合比巴耳末公式更为普遍的里德伯公式。

一、巴尔末发现氢光谱规律

1. 背景:杨的干涉实验提供了测定波长的方法。

1814——>夫琅禾费对太阳光谱也进行了细心的检验。

1859——>基尔霍夫在研究碱金属光谱发现了铯和铷。

1868——>埃格斯特朗首先找到氢光谱的谱系。

2. 瑞士科学家巴尔末(1825-1898)的贡献

如何从浩繁的光谱资料中找出其中的规律?

根据他当年的手稿和旁人的回忆,他可能是这样建立巴耳末公式的:

①开始,巴耳末采用在谱线间寻找谐和关系的办法,后来感到这个不符合谱线的实际情况,随即放弃;

②借助几何图形领悟到谱线波长趋近于某一极值,又从几何图形推测出平方关系,经反复校合,确定埃格斯特朗的数据最为精确,并找到了这个因子。 ③后来在哈根拜希教授的帮助下,将建立的公式与紫外区的第五根氢谱线核对,证明也是正确的,才有把握公之于众。

巴尔末,瑞士的一位中学数学教师,在物理学教授哈根拜希教授的指点下将氢光谱的规律总结出来,于1884年6月25日正式发表:

n 2

λ=B 2n -4,n =3,4,5,……

次年发表了论文。

1) 由于埃氏对氢谱线的精确测量,提供了氢的可见光部分的四条谱线的精确波长,从中巴尔末提出了一个共同因子:B =3645.6×10毫米。

2) 氢的前四根谱线的波长可以从这一基数,相继乘以系数9/5,4/3,25/21,9/8。初看起来,这四个系数,没有构成规则数列,但如果将第二项与第四项分子、分母分别乘以4,则分子为3×3,4×4,5×5,6×6,而分母的完全平方相

n 2

2应的差4,这样就出现了n -4的规律。 7

由于巴尔末公式的发现,光谱成因的神秘大门被打开了,人们研究原子内部结构,又有了一个新的依据,此后光谱规律不断被揭示, 一门新的系统的科学——原子光谱形成了。

二、广义巴尔末公式

巴尔末公式发表以后,不少科学家受到进一步的启发和鼓舞。又有人从恒星的光中拍摄到氢光谱,在紫外区的一些光也可从巴尔末公式中将n 取7,8……等得到。

1890年,瑞典人里德伯将氢光谱规律总结为:

~=ν1⎛1=R 2-2λn ⎝21⎫⎪⎭,n =3,4,5……

其中R=4/B,被称为里德伯常量。

三、巴尔末公式发现的过程

巴耳末公式的提出经历了一个曲折的过程。在巴塞尔大学兼任讲师期间,年近60岁的巴耳末受到该校一位研究光谱的物理学教授哈根拜希(E.Hagenbach )的鼓励,开始试图寻找氢原子光谱的规律。当时氢光谱见光区波段的4条谱线已经过埃姆斯特朗等人的精确测定,通过观测恒星光谱也发现了紫外波段的10条谱线,然而它们波长的规律尚不为人所知。巴耳末从寻找可见光波段4条谱线波长的公共因子和比例系数入手,否定了将谱线类比声音的思路。受投影几何的启发,巴耳末利用几何图形为这些谱线的波长确定了一个公共因子,写出了巴耳末公式。巴耳末公式计算出的波长与实际测量值的误差不超过波长的1/40000,吻合得非常好。随后巴耳末又继续推算出当时已发现的氢原子全部14条谱线的波长,结果和实验值完全符合。1884年6月25日,巴耳末在巴斯勒自然科学协会的演讲中公布了这个公式,同年又将其发表在当地一个刊物上,1885年又刊载在《物理、化学纪要》杂志上。几年后,巴耳末又发表了有关氦光谱和锂光谱的各谱线频率之间的类似关系。 巴耳末公式对光谱学和近代原子物理学的发展产生了重要影响。用巴耳末公式表达的一组谱线位于可见光区,为纪念巴耳末,人们把这组谱线系命名为巴耳末系。随后又发现了不同于巴耳末系的赖曼系、帕刑系等线系,它们都符合比巴耳末公式更为普遍的里德伯公式。


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