第二章 原子的能级和辐射-3.ppt

7.弗兰克－赫兹实验的意义： 采用了与光谱研究相独立的方法，从另一角度证实了原子被激发到不同的状态时，所吸收的能量是不连续的，即证明:原子内部能量是量子化的，证实了原子能级的存在。 展成级数形式得： 1.实验方法： 作业：2.3,2.9 三、玻尔－索末菲理论 半长轴： 半短轴： ——主量子数。 原子能量： 各量子 数取值： （考虑相对论效应） * * * * * * * 上节内容回顾：1.类氢离子： 如：电子偶素、μˉ 子原子、πˉ子原子 对于类氢原子需考虑两体运动，即引入折合质量代替氢公式中的me。 2.类氢原子 1.玻尔假设的回顾 玻尔(理论、假设)模型 电子在一系列不连续的轨道上运动，能量是固定的，当受外界能量激发时，处于激发态的原子通过释放一个光子回到基态。伴随氢光谱产生。 玻尔模型是根据氢光谱的实验总结出来的，可以说是经过氢光谱实验验证的。 2)玻尔模型修正（电子与核两体运动） 2.新的问题: 如何用独立于第一种实验方法的实验进一步证实模型的正确性? 1914，夫兰克、赫兹设想:给原子传能,观察原子吸收能量是否有选择性 粒子选择：电子 碰撞传能 传能效率高,可提供任意大小能量，可控性好 原子能级是分立的 §2.5 夫兰克－赫兹实验 电子动能损失是分立的 1914年Franck和Hertz 电子—汞蒸汽原子 碰撞实验 J. Franck (1882-1964) G. Hertz (1887-1975) 1.实验设计及原理:任意能量粒子轰击原子,满足Ee=En-Em吸收, EeEn-Em时拒绝吸收; Eg ≥En-Em时吸收En-Em K：热阴极，发射电子 KG区：电子加速，与Hg原子碰撞 GA区：电子减速，能量大于0.5 eV的电子可克服反向偏压，产生电流 夫兰克－赫兹管 2.实验装置： 3.实验过程及现象: 高速电子轰稀薄汞蒸气原子 实验时，把KG间的电压逐渐增加，同时观察电流计的电流 试想，如果玻璃管为真空，则伏安特性曲线一定是一条直线 但实验结果显示：A极电流随KG间电压变化的曲线 为一周 期性曲线; 实验现象：（1）当KG间的电压由零逐渐增加时， A极电流不断地上升、下降，出现一系列的峰和谷； (2) 峰(或谷)间距离大致相等，均为4.9 V. 且KG间的电压为4.9 V的整数倍时，电流都会突然下降。 (3) 另外，确实看到了原子从激发态回到基态时所放出的光子，并测出了其波长。 实验现象解释： (1) KG间的电压低于4.9 V 弹性碰撞，不接受能量 (2)??KG间的电压达到4.9 V 完全非弹性碰撞，传递全部能量 (3)??KG间的电压略超过4.9 V 只转移4.9V能量 (4)?KG间的电压二倍于4.9 V 二次完全接受能量 (5)?KG间的电压多倍于4.9 V? 多次完全接受能量 b c d a 实验结论:原子内部能量状态是量子化状态。原子处于一系列不连续的能量态 实验表明，汞原子由基态到第一个激发态的能量差是4.9eV。 如果汞原子从激发态又跃迁到最低能级， 实验中观察波长为253.7nm，和上面计算结果一致。 的光子放出， 发射光的波长可计算出来： 就伴随着能量为4.9eV 为什么更高的激发态未能得到激发？ 4.改进的夫兰克-赫兹实验（1920） 当 ＝4.68，4.9，5.29，5.78，6.73V时， 下降。 实验结果显示出原子内存在一系列的量子态。 加速区：KG1 碰撞区：G1G2 亚稳态：原子内存在一些状态，当原子处在这些状态时，很难发生自发跃迁而发生辐射，这些状态称为亚稳态 6、电离电势的测定（自学） 了解原子内部结构的两大类实验方法： （1）光谱方法：通过原子与辐射场的相互作用来实现。 （2）碰撞的方法：通过原子与其它实物粒子（如电子等）碰撞时的相互作用来实现。 夫兰克与赫兹荣获了1925年的诺贝尔物理学奖。 §2 .6 量子化通则 ?1916索末菲解释光谱所做工作: 1)类比行星模型将电子圆轨道运动推广到椭圆轨道运动; 2)引入相对论修正 玻尔的一维条件下的角动量量子化条件: 这种形式的量子化条件可以表述为: 电子轨道运动一周的角位移和角动量的乘积应等于普朗克常数的整数倍. 量子化通则 在坐标是时间的周期函数的系统中，每一个自由度都必须分别满足量