早期量子论康普顿效应玻尔量子论概述.pptxVIP

1 §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 2 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 3 散射中出现   0 的现象 称为康普顿散射 4 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 5 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 = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值） 6 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 7 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 8 9 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 10 电子的Compton波长 波长改变最大 实验值 c = 0.0241Å =2.4110-3nm 11 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） 12 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 13 康普顿 （A. H.Compton) 美国人(1892-1962） 康普顿在做康普顿散射实验 14 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 15 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 16  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 17 §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 18 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 19 测得氢可见光光谱的红线 20 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 21 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 22 推广巴耳末公式 得到广义巴耳末公式 23 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 24 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