大学物理课件：量子物理2.ppt

记录氢原子光谱的实验原理氢放电管2~3kV光阑全息干板三棱镜（或光栅）光源（摄谱仪）二、氢原子光谱的实验规律氢原子线状光谱氢原子光谱是最简单的光谱，对氢原子光谱的研究具有重要的意义。氢原子的实验规律1.氢原子光谱是彼此分立的线状光谱，每一条谱线具有确定的波长（或频率）。2.每一条谱线的波数可以表示为爱因斯坦(Einstein)上式称为里德伯—里兹合并原则。称为氢的光谱项。氢光谱的里德伯常量。3.当整数k取一定值时，n取大于k的光谱中的各整数所对应的各条谱线够成一谱线系。每一谱线系都有一个线系极限，对应于的情况，此时对应的某一线系的波长称为极限波长。莱曼系紫外巴尔末系可见光帕邢系布拉开系普丰德系汉弗莱系红外如何解释氢原子光谱的规律？巴耳末是瑞士的一位中学数学教师。年近60岁的他受到该校一位研究光谱的物理学教授哈根拜希（E.Hagenbach）的鼓励，开始试图寻找氢原子光谱的规律。当时已发现了氢光谱见光区波段的4条谱线和紫外波段的10条谱线，然而它们波长的规律尚不为人所知。巴耳末从寻找可见光波段4条谱线波长的公共因子和比例系数入手，受投影几何的启发，巴耳末利用几何图形为这些谱线的波长确定了一个公共因子，写出了巴耳末公式。巴耳末公式计算出的波长与实际测量值的误差不超过波长的1/40000，吻合得非常好。随后巴耳末又继续推算出当时已发现的氢原子全部14条谱线的波长，结果和实验值完全符合，继而打开了光谱奥妙的大门，成了一名在原子物理学方面有突出贡献的物理学家。为纪念巴耳末，人们把这组谱线系命名为巴耳末系。巴耳末大器晚成经典理论认为原子光谱实验规律绕核运动的电子不断辐射电磁波，轨道半经随能耗而连续变小，其光谱应是连续变化的带状光谱。非连续的线状光谱绕核运动的电子因轨道变小必迅速落入原子核。因此，原子及其光谱应是不稳定的光谱状态稳定经典理论解释原子光谱规律的困难1913年玻尔（卢瑟福的学生）将普朗克、爱因斯坦的量子理论推广到卢瑟福的原子有核模型中，并结合原子光谱的实验规律，提出他的氢原子理论，奠定了原子结构的量子理论基础。1913年，玻尔(N.Bohr)在卢瑟福模型基础上引入三个假设，成功地解释了氢原子光谱问题。这个理论在科学史上被称作旧量子论。二、波尔的氢原子理论+(1)、定态假设原子中的电子只能在一些半径不连续的轨道上作圆周运动。在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态，称为定态。相应的轨道称为定态轨道定态轨道1.玻尔的氢原子理论的三个重要假设+mrv+(2)、频率条件假设电子从某一定态向另一定态跃迁时将发射（或吸收）光子。EnEm若初态和终态的能量分别为和EnEm且称为玻尔的频率条件则发射光子的频率nEmEn用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转。金属及其化合物在光照射下发射电子的现象称为光电效应。逸出的电子称为光电子，由光电子形成的电流叫光电流。光电效应现象是德国物理学家赫兹于1887年研究电磁波的性质时偶然发现的。一．光电效应现象紫外线锌板14.2光电效应1.光电效应实验装置T为抽成真空的玻璃泡，K为发射电子的阴极，A为阳极，用一定频率和强度的单色光照射K时,金属将释放出光电子，经电场加速后为阳极A所收集,形成光电流。二、光电效应的实验装置和实验规律OOOOOOGAKOOUAKT石英窗口入射光线K1K2饱和光电流is以及阴极K在单位时间内发射的光电子数与照射光的光强I成正比。规律1.存在饱和光电流。光电效应伏安特性曲线is1光强较强iO光强较弱is2*2.实验规律OOOOOOVGAKOOK1K22规律2.存在遏止电压。当UAK=0时，i≠0。因为从阴极发出的光电子具有一定的初动能，它可以直接到达阳极。当UAK＜0并达到一定值时,i=0,此时反向电势差的绝对值称为遏止电压Ua。OOOOOOVGAKOOK2K11实验指出：遏制电压与照射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。oν与金属有关的恒量与金属无关的普适恒量光电子的最大初动能与照射光的强度无关，而与其频率成