《21电磁辐射的量子理论》-课件设计（公开）.ppt

轨道能量： 氢原子的基态能量： 氢原子能级： 2，能量量子化 能级 莱曼系 巴尔末系 帕邢系 布拉开系 普丰德系 氢原子能级图 -13.58 -3.39 -1.51 -0.85 -0.54 0 En(eV) 1 2 3 5 4 氢原子能级图 3，巴尔末公式的推导 根据玻尔的辐射假设，和氢原子的能级公式我们可以得到，当氢原子从高能量的定态跃迁到低能量的定态时所辐射的电磁波的频率和波数为： 4，氢原子光谱 【例】在氢原子光谱的巴尔末线系中，有一条光谱线的波长为434nm，试求： （1）该谱线对应光子的能量； （2）该谱线所对应跃迁能级是哪两个； （3）在第五能级上有大量氢原子，此时能发射几个谱线系共几条谱线？波长最短的是哪一条？ 【解】（1）由光的波粒二象性公式，可得 （2）由于题目指定了巴尔末系，m=2，由辐射公式可得： 由氢原子能级公式，可得： 即该谱线是由氢原子的第五能级向第二能级跃迁所发光线（Hγ线）。 （3）有四个谱线系，共10条谱线。 n=1 n=2 n=3 n=∞ -13.6eV -3.4eV -1.51eV 0eV 最短的谱线是莱曼系的5→1跃迁产生的。 （1）正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化）； （2）正确地指出定态和角动量量子化的概念； （3）正确的解释了氢原子及类氢离子光谱； 氢原子玻尔理论的意义和困难 （4）无法解释比氢原子更复杂的原子； （5）把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的； （6）是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把 微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又 赋予它们量子化的特征。 1914 年弗兰克 — 赫兹从实验上证实了原子存在分立的能级，1925 年他们因此而获物理学诺贝尔奖 。 0 5 10 15 板极电流和加速电压之间的关系 栅极 灯丝 板极 弗兰克 — 赫兹实验装置 低压水银蒸汽 + + + + - - - - 密立根研究光电效应，测定普朗克常数 n0 n 接近推荐值 应用：制成光电管，光电管可用于光控继电器、自动计数、自动报警、自动跟踪等。 光电倍增管 放大器 接控件机构 光 光控继电器示意图 二 康普顿散射 1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分。 来自伦琴射线管的X射线照射到石墨上产生的散射光线通过光阑 进入光谱仪，该散射射线的波长可由光谱仪测定。调节X射线管 和石墨体的位置，可使不同方向的散射光线通过光阑而进入光谱 仪。于是可测到与入射X射线成不同角度的散射谱线的波长。 实验装置示意图: X光被石墨散射 X 射线管 （伦琴射线管） 石墨体 （散射物质） X 射 线 谱 仪 晶体 入射线 散射线 实验装置示意图: X光被石墨散射 X 射线管 （伦琴射线管） 石墨体 （散射物质） X 射 线 谱 仪 晶体 入射线 散射线 入射石墨后散射的光线是四面八方的，可以以石墨为圆心，调整射线管或调整光谱仪的方位，便能接收到该方位散射线并测定到其波长，不断调节，于是得到不同方位的散射光谱。其中的?角是散射线与入射光方向之间的夹角。 （相对强度） （波长） 　　在散射X 射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线。 实验规律： ①散射光 ②波长改变量 ③原子量越小的物质，康普顿效应越显著 同一散射角下 随散射物质的变化 吴有训的康普顿效应散射实验曲线 吴有训 (1897—1977) 按经典，电子接受入射光波而做受迫振动，其振动态与入射光是 完全重复的（只是相位滞后而已），电子也在平行于入射光振动 面的平面上振动。由于振动，那么它也要向四面八方发射电磁波 （散射光），且散射光的振动也与电子振动一致，当这个振动向 1、2方向传播时，我们可以把振动进行分解，总有垂直于1、2方 向的分振动存在，但对于3方向，无法作出这样的分解使散射光光 振动垂直于3方向。若散射光向3方向传，则光速方向与电场强度 （光矢量）振动方向平行，光岂不是变成纵波了（与实际不符）。 所以经典理论中，散射光不可能向3方向传播。 x y z 振动面垂直于光 的传播方向—— 光是横波。 经典物理无法解释康普顿效应。 ? 电磁波为横波， ? 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率: 用光子论解释康普顿效应 ① 基本思想 X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散射物质种类无关 光子 电子 相互作用 ① 基本思想 X射线（