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量子物理基础入门第1页，本讲稿共21页19 世纪末，物理学晴朗的天空世纪末，物理学晴朗的天空 飘着几朵乌云飘着几朵乌云物理学面临严重的危机物理学面临严重的危机!黑体辐射黑体辐射光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律.第2页，本讲稿共21页普朗克量子假说普朗克量子假说早期的量子理论早期的量子理论 玻尔的原子量子理论玻尔的原子量子理论第第24章章第第25章章爱因斯坦光子学说爱因斯坦光子学说第3页，本讲稿共21页24 1 普朗克量子假说普朗克量子假说一、黑体辐射的实验规律一、黑体辐射的实验规律TceT41)(0-=、)(0Te、瑞利瑞利金斯公式金斯公式紫外灾难！紫外灾难！维恩公式维恩公式TcTece-=352)(0、单色辐射本领单色辐射本领瑞利金斯公式维恩公式第4页，本讲稿共21页二、普朗克公式二、普朗克公式（1900年年12月月14日日柏林科学院）柏林科学院）11252),(0-p=-kThcTehce)(0Te、奇迹般奇迹般完全符合实验规律完全符合实验规律！普朗克恒量普朗克恒量sjh.=-3410636.第5页，本讲稿共21页三、普朗克量子假说三、普朗克量子假说1、（谐振子）、（谐振子）能量能量状态是状态是量子化量子化的。的。)1,2,(n n ,2 ,000LLLL=eee2、不同型式的辐射，、不同型式的辐射，每一小份能量每一小份能量是是不同不同的。的。n=eh0n e0 243 爱因斯坦的光子学说爱因斯坦的光子学说1、光子光子：一束光，是一束以光速一束光，是一束以光速 C 运动的运动的粒子流粒子流，这些，这些粒子称为粒子称为光子光子（光量子）。（光量子）。能量的最小单元能量的最小单元 0 称为称为“能量子能量子”2、光子具有光子具有质量、能量、动量。质量、能量、动量。1918年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖第6页，本讲稿共21页n=eh 0=ecm20光不同频率的光子，不同频率的光子，具有不同的能量。具有不同的能量。光光的的波波粒粒 二二象象性性h=nh=ce=cc20=cmP光24 4 康普顿效应（康普顿效应（1923）一、一、X射线的散射射线的散射光子学说很好地解释了光电效应。光子学说很好地解释了光电效应。1921年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。X射线经过金属、石墨射线经过金属、石墨 等等物质，发生波长改变的物质，发生波长改变的 散射散射称康普顿效应。称康普顿效应。2cmh光=n n=ccT第7页，本讲稿共21页二、康普顿散射的实验规律：二、康普顿散射的实验规律：1、散射线波长的改变量散射线波长的改变量 =随散射角随散射角 增加增加 而增而增加。加。2、在同一散射角下在同一散射角下 相同相同,与与散射物质和入射光波长无关。散射物质和入射光波长无关。3、原子量较小的物质原子量较小的物质,康普顿散康普顿散射较强。射较强。入射X光散射X光散射角第8页，本讲稿共21页三、康普顿效应的理论解释：三、康普顿效应的理论解释：1、波动说的困难：、波动说的困难：问题？问题？散射光频率散射光频率 =粒子作受迫振动频率粒子作受迫振动频率 =入射光频率入射光频率可见光是这样，可见光是这样，X光则不然，无法解释！光则不然，无法解释！2、量子理论的成功：、量子理论的成功：光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变不变 ，不变。不变。解释实验现象（解释实验现象（有有 、,）光子与自由电子作弹性碰撞时，要传光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一一 部分能量给部分能量给 电电子子n=ccT如何解释实验规律？如何解释实验规律？n=c 频率为频率为 的的 X射线，是射线，是 能量为能量为 =h 的的光子流光子流第9页，本讲稿共21页康普顿散射公式：康普顿散射公式：光子与自由电子弹性碰撞光子与自由电子弹性碰撞根据能量守恒根据能量守恒,动量守恒动量守恒:演示光子与电子的碰撞演示光子与电子的碰撞康普顿波长康普顿波长n=eh2mcvmrnhPrr=与实验结果符合得很好！与实验结果符合得很好！解释实验规律解释实验规律：，散射物质，原子量散射物质，原子量(2)康普顿效应给我们什么启示？康普顿效应给我们什么启示？思考思考:(1)观察观察光电效应光电效应时能否见到康普顿效应时能否见到康普顿效应？1927年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖第10页，本讲稿共21页例：例：波长为波长为 2.0A0 的的X射线射到碳块上，由于康普顿射线射到碳块上，由于康普顿 散射散射，频率改变频率改变 0.04。求：求：(1)该光子的散射角该光子的散射角(2)反冲电子的动能反冲电子的动能解：解：（1）解出解出(2)0.04%第11页，本讲稿共21页第第 25 章章 玻尔的原子量子理论玻尔的原子量子理论251 氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律一、氢原子光谱一、氢原子光谱 （传递给我们什么信息？）（传递给我们什么信息？）二、巴尔末系的里德伯公式（二、巴尔末系的里德伯公式（1885）紫外区红红外外区区里德伯恒量里德伯恒量 R 的的 实验值实验值 第12页，本讲稿共21页三、广义的巴尔末公式：三、广义的巴尔末公式：（氢原子光谱的其它线系）（氢原子光谱的其它线系）赖曼系巴尔末系帕邢系布拉开系可见光区紫外区红外区第13页，本讲稿共21页252 玻尔氢原子量子论玻尔氢原子量子论一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）严重的问题：严重的问题：原子的稳定性问题？原子的稳定性问题？原子分立的线状光谱？原子分立的线状光谱？)11(22nkRc-=n广义的巴尔末公式广义的巴尔末公式22nhRckhRch-=n玻尔将广义的巴尔末公式改写为：玻尔将广义的巴尔末公式改写为：演示演示 粒子散射粒子散射演示原子发光演示原子发光第14页，本讲稿共21页1、定态假设、定态假设：原子只能处在一：原子只能处在一 系列系列 不连续的、稳定的能量状态。不连续的、稳定的能量状态。二、玻尔原子系统的基本假设二、玻尔原子系统的基本假设2、频率跃迁假设、频率跃迁假设：当原子能级：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子跃迁时，才发射（或吸收）光子,3、量子化条件、量子化条件：稳态时电子角动：稳态时电子角动量应等于量应等于 的整数倍。的整数倍。)1,2,(n 2Lh=p=hnnLhEEkn-=n其频率为其频率为E E3E2E11913发表发表论原子分子结构论原子分子结构E1,E2,E3 En（定态）（定态）h h h 15第15页，本讲稿共21页 253 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论一、氢原子一、氢原子轨道半径轨道半径：由量子化条件及牛顿定律：由量子化条件及牛顿定律：轨道量子化轨道量子化r14r19r116r1rvm角动量量子化角动量量子化库仑力库仑力=向心力向心力玻尔半径玻尔半径速度量子化速度量子化其他的可能轨道：其他的可能轨道：n=1n=2n=3n=4第16页，本讲稿共21页二、氢原子的二、氢原子的能级：能级：电子在量子数为电子在量子数为n的轨道上运动的轨道上运动 时，时，原子系统总能量是：原子系统总能量是：将将 r n，Vn 代入上式，得：代入上式，得：E1 E2 E3 E4基态能量基态能量其它激发态：其它激发态：rvm能量是量子化的能量是量子化的第17页，本讲稿共21页三、氢原子光谱的理论解释三、氢原子光谱的理论解释1、里德伯常数的理论值与里德伯常数的理论值与 实实验值符合得很好。验值符合得很好。理论理论实验实验2、解释分立的谱线。解释分立的谱线。3、解释谱线系。解释谱线系。氢原子能级图四、玻尔理论的局限性四、玻尔理论的局限性1、对稍复杂的原子光谱，对稍复杂的原子光谱，定性、定量都不能解释。定性、定量都不能解释。2、对氢原子谱线的强度、对氢原子谱线的强度、宽度、偏振等问题遇到难宽度、偏振等问题遇到难 以克服的困难。以克服的困难。第18页，本讲稿共21页能量守恒式即动量守恒式即1212将消去得附：康普顿散射公式的推导：第19页，本讲稿共21页附：里德伯恒量理论值的计算根据令这是什么？得而 实验值广义的巴尔末公式！符合得很好！第20页，本讲稿共21页作业作业244、11257、9 第21页，本讲稿共21页
