16量子基础-2概述.ppt

* * 爱因斯坦方程 低能光子与束缚电子发生相互作用，打出一个光电子 逸出功 普朗克常数 1、黑体辐射 2、光电效应 回顾 1900年 1905年 光有波粒二象性。 能量: 动量: 光子的质量: X射线被物质散射，散射光中部分波长变长的物理现象。 16.3 康普顿散射 1 实验装置示意图: X射线波长在 0.1nm 量级; X光子能量约 104 eV 量级 ? θ ?0 λ 0 ? ? 探测器 ?0 X 光管 光阑 散射物体 散射线中有两种波长 ?0 、? ， 随散射角 ? 的增大而增大。 散射物体不同，?0 、? 的强度比不同。 2 实验结果 经典物理的解释 经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射. 电子受迫振动 同频率散射线 发射 单色电磁波 照射 3 光子理论的解释 能量、动量守恒 (1) 入射光子与外层电子弹性碰撞 外层 电子 受原子核束缚较弱 动能＜＜光子能量 近似自由 近似静止 静止 自由 电子 φ （电子的康普顿波长） 其中 光子和外层电子碰撞，波长变长。 (2) X 射线光子和原子内层电子相互作用 ◆光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。 自由电子 ?0 ?0 ? ?0 ◆内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。 原子 光子 内层电子 外层电子 波长变大的散射线 波长不变的散射线 结论 波长变化： 强度变化： 弱 强 重物质（多数电子处于强束缚状态 ） 强 弱 轻物质（多数电子处于弱束缚状态 ） ? ?0 波长 吴有训实验结果 我国科学家吴有训博士在这项工作中作出过杰出贡献。 1919～1922年实验发现，1923年作出解释，1927年获诺贝尔奖。 例 λ0 = 0.02nm 的X射线与静止的自由电子碰撞, 若从与入射线 成900的方向观察散射线。 求 (1) 散射线的波长λ; (2) 反冲电子的动能; (3) 反冲电子的动量。 解 (1) 散射线的波长λ: (2) 反冲电子的动能: (3) 反冲电子的动量： 小结：康普顿效应 X射线波长在 0.1nm 量级 X光子能量约 104 eV 量级 高能光子与自由电子发生完全弹性碰撞 碰撞过程 能量守恒，动量守恒 康普顿公式 16.4 玻尔的氢原子理论 记录氢原子光谱的实验原理图 氢放电管 2~3 kV 光阑 三棱镜 （或光栅） 光 源 氢原子线状光谱 （摄谱仪） 原子光谱是原子结构的反映,因此,研究原子结构可从研究原子光谱入手。 一、氢原子光谱规律： 1、氢原子光谱规律： 1853，瑞典物理学家安斯探测到4条氢原子光谱线（可见光区） 瑞士科学家巴耳末发现它们的波长有简单的规律： 巴尔末公式 巴尔末预测公式对 的整数都成立，即氢谱线还有其它谱线存在，并满足同一规律。 1885，氢谱线已观测到14条 氢光谱是分立的线状谱 1890, 瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱(波数)公式: 1885，瑞士科学家巴耳末发现(波长)存在简单的规律： 巴尔末公式 波数 里德堡常数 k = 1 (n = 2, 3, 4, … ) 谱线系 —— 莱曼系（1906年）紫外区 k = 2 (n = 3, 4, 5, … )谱线系 —— 巴耳末系（1885年）可见光区 k = 3 (n = 4, 5, 6, … )谱线系 ——帕邢系（1908年）红外区 k = 4 (n = 5, 6,7, … )谱线系 ——布喇开系（1922年）近红外区 k = 5 (n = 6,7,8, … )谱线系 ——普丰德系（1924年）远红外区 RH =1107 m-1 葡萄干布丁模型 2 关于原子模型： (1)汤姆逊的原子模型(1897年发现电子) (2) 卢瑟福的“原子核式结构”模型(1911年) 所有正电荷（Ze）都集中在原子中心一个非常小的体积内(线度不超过10-15m)构成原子核,电子绕核运动。--行星模型 原子核体积小,质量大. + - 根据经典电磁理论，绕核作圆周运动(变速运动)的电子将不断向外辐射电磁波,则 + 应发射连续光谱 原子应不稳定 + 与线状谱不符 但事实是原子很稳定 玻尔（1885－1962），丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人，量子物理学的奠基者之一。1922年,荣获诺贝尔物理学奖 (3)行星模型的鉴赏家---玻尔 ★ 在玻尔研究所成立的头10年里，共有17个国家的63位物理学家来此研究。 ★在玻尔担任所长的40年中，共培养了10多位诺贝尔奖获得者。 平等、自由、