原子物理学第二章详解.ppt

1913年， Bohr模型 1、经典轨道加定态条件 电子在原子中，可以在一些特定的轨道上运动而不辐射电磁波， 这时原子处于稳定状态（定态），并具有一定的能量. 电子轨道 电子轨道 电子的角动量. 电子的能量. 电子的轨道半径. 电子做圆周运动的频率 电子的轨道速度 2、频率条件 频率条件 的定态时，要发射频率为 的光子. 当原子从高能量 的定态跃迁到低能量 3、角动量量子化 据对应原理，二者应相等 电子的能量. 角动量量子化 主量子数 电子以速度 在半径为 的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量 等于 的整数倍的那些轨道是稳定的 组合常数 角动量量子化的意义 精细结构常数 氢原子第一Bohr半径 组合常数的应用举例： 氢原子的能级 第一Bohr能级 轨道半径是量子化的. 玻尔理论的一个成功之处 能量是量子化的 玻尔理论的又一个成功之处 氢原子Bohr半径 氢原子能级图 Bohr第一速度 Rydberg常量 玻尔理论的第三个成功之处 玻尔的氢原子理论成功的给出了里德伯常数的表达式和数值 §8 Bohr 理论的实验验证 1. 氢光谱 Rydberg常量理论值 Rydberg常量实验值 二者误差0.0005，实验精度0.0001 英国光谱学家Fowler对此 提出质疑 1914年Bohr回答 忽略了原子核的运动 以折合质量代替核质量 玻尔的氢原子理论成功的给出了里德伯常数的表达式和数值 2.类氢光谱 类氢离子：原子核外只有一个电子 的离子 Bohr理论对类氢离子的应用， 毕克林线系 1897年 Pickering从星光中发现类巴耳末系 Bohr理论上指出毕克林线系为He+离子的光谱 英国物理学家Evans实验室验证毕克林线系为He+离子的光谱 1932年美国科学家Urey利用Bohr理论发现了氢的同位素氘的 存在 几个概念 激发能：电子从某一低能态跃迁到某一高能态所需能量。 结合能：自由电子与原子核结合成为束缚电子（处于某一能级）所释放的能量，一般与对应电离能相等。 第一激发能级：第一激发态 共振线:原子受到外界能量激发时，其外层电子从基态跃迁到激发态所产生的吸收线称为共振吸收线，简称共振线 跃迁辐射，共振发射线亦简称共振线 电离能：电子从某一能态脱离核束缚成为自由电子所需能 量 非量子化轨道 电子的能量 ，若发生跃迁，放出光子 氢光谱的连续谱 2.4 Franck —Hertz实验验证 基本想法： 1914 年J.Franck —G.Hertz电子轰击原子的实验，证明了原子内部能量是量子化的。 J. Franck 1882-1964 G. Hertz 1887-1975 for their discovery of the laws governing the impact of an electron upon an atom The Nobel Prize in Physics 1925 数理学院 原子物理学 第二章 原子的量子态：玻尔模型 §1 背景知识 黑体辐射 黑体：如果一个物体能完全吸收外 来的电磁辐射而无反射和透射，则 被称为绝对黑体，简称黑体。 1900年 Planck提出了量子假说 1905年 Einstein提出光量子假说，成功解释光电效应 1913年 Bohr 提出模型 黑体-温度 单位时间从黑体的单位面积上所辐射出去的波长在 附近单位波长范围内的能量大小 ? 5.67×10- 8 W/ m2K4 —— Stefan-Boltzmann常数 实验证明，黑体的总辐射本领E T （每条曲线下的面积）与T4成正比 黑体辐射本领 Wien位移律 b 2.897756×10-3 m·K 1893年 Wien由实验得出 与黑体材料和形状无关（单位频率在单位体积内的辐射能量 ） 1859年 Kirchhoff证明 l 黑体辐射本领与其辐射场能量密度关系： Rayleigh与 Jeans 由经典电动力学和统计物理学导出，高频端发散，即“紫外灾难” 低频端偏离实验结果 Wien位移公式 1900年10月19日，Planck在德国物理学会会议上 提出一个黑体辐射能量密度分布公式 Planck常数h 6.座机电话号码×10 -34 J·s 0 1 2 3 6 1 2 3 4 5 普朗克公式的理论曲线 实验值 * * * * * * * * * * * * * * * * Rubens比较结果 Planck公式与实验惊人地相符！ 普朗克（1858---1947） 普朗克量子假说：从理论上解释普朗克公式 （1）谐振子的能量状态是量子化的。 （2）不同形式的辐射，每一小份能量是不同的。 能量的最小单元 ?0 称为“能量子” 1918年获诺贝尔奖 光电效应 （1）光电效应