早期量子论(康普顿效应玻尔量子论)解题.ppt

§3 康普顿效应 一、实验规律 二、 Compton 的解释 三、吴有训对研究康普顿效应的贡献 晶体 光阑 探 测 器 一、实验规律 1922-23年 康普顿研究了X射线在石墨上的散射 ?0 散射波长? 散射中出现 ? ? 0 的现象 称为康普顿散射 散射曲线的三个特点： 1.除原波长?0外出现了移向长波方面的新的散射波长? 2.新波长? 随散射角的增大而增大 3.当散射角增大时 原波长的谱线强度降低 而新波长的谱线强度升高 称为电子的Compton波长 只有当入射波长?0与?c可比拟时 康普顿效应才显著 因此要用X射线才能观察到 波长的偏移只与散射角? 有关 ?c = 0.0241?=2.41?10-3nm（实验值） 经典理论又一次遇到困难 经典散射理论： 当波长?0的射线入射后 使电偶极子受迫振动 发出散射波的波长在各方均是?0 康普顿采用了爱因斯坦的光量子假说 成功地解释了实验现象 进一步证明了光量子假说的正确性 二、 Compton 的解释 1.物理图像 单个光子与单个电子发生弹性碰撞 设入射光子能量为 h?0 散射光子能量为h? 被碰电子可以看作是自由电子 碰前静止 电子功函数量级几个 eV 电子热运动平均能量量级10-2 eV 与光子能量10 KeV 相比 都很小 自由 静止 2.Compton 散射公式 康普顿假设: 碰撞过程 遵守能量守恒定律和动量守恒定律 利用相对论能量与动量关系 得出结果 反冲电子 散射光子 电子的Compton波长 波长改变最大 实验值 ?c = 0.0241? =2.41?10-3nm 解释在散射线中还有原波长的成分 如果光子与石墨中被原子核束缚得很紧的电子发生碰撞（内层电子） 这样 散射光的能量(波长)几乎不改变 从而散射线中还有与原波长相同的射线 原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多 相当于光子和整个原子碰撞（m0是原子质量） 3.康普顿散射实验的意义 支持了“光量子”概念 进一步证实了 首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设 证实了在微观的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然成立 康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖 P = E/c = h?/c = h/? ? = h? 康普顿 （A. H.Compton) 美国人(1892-1962） 康普顿在做康普顿散射实验 1925—1926年 吴有训用银的X射线(?0 =5.62nm) 为入射线 以15种轻重不同的元素为散射物质 三、吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献 1. ??与散射物质无关 仅与散射角有关 曲线表明 吴有训的康普顿效应散射实验曲线 ? 证实了康普顿效应的普遍性 ? 证实了两种散射线的产生机制 ? －外层电子(自由电子)散射 ?0－内层电子(整个原子)散射 在康普顿的一本著作 “X-Rays in theory and experiment”(1935)中 19处引用了吴的工作 两图并列作为康普顿效应的证据 吴有训 (1897—1977) 意义: 0 §4 玻尔的量子论 一、实验事实 二、经典物理的困难 三、玻尔的量子论 量子理论发展进程中必须提及的贡献 首次把量子思想用到原子结构和原子光谱 1.原子的核式(行星)结构 人们通过大量实验确认了 卢瑟福的原子核式模型 一、实验事实 2.原子光谱 离散的线状谱 测得氢可见光光谱的红线 2) 氢原子光谱的规律 巴耳末公式 R称为里德伯常量 则巴耳末公式写成 后在实验上又进一步发现氢光谱的其他线系 需进一步总结其光谱规律 推广巴耳末公式 得到广义巴耳末公式 3)光谱项 里兹组合原理 将氢原子光谱规律推广到一般发光 得 称为光谱项 二、经典物理的困难 1.怎么解释原子是稳定的 按照经典理论 电子绕着原子核在高速旋转 将不断辐射电磁波 能量的不断减少 最终 电子将坍缩到原子核上　　 2.怎么解释原子的线状谱　 经典电动力学无能为力 三、玻尔的量子论 1.关于原子的三条假设 以普朗克能量子和爱因斯坦光子概念为基础 1)定态假设 原子系统只能处在一系列不连续的能量状态 这些状态称为原子系统的稳定状态 简称定态 相应能量分别记为