量子物理前言早期量子论课件.ppt

量子物理前言早期量子论第1页，此课件共58页哦 前前 言言 在在2020世纪初，发生了三次概念上的革命，世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是这就是狭义相对论狭义相对论（1905年）、年）、广义相对论广义相对论（1916年）和年）和量子力学量子力学（1925年）。年）。-杨振宁杨振宁第2页，此课件共58页哦 经典物理（经典物理（1819 世纪）世纪）牛顿力学牛顿力学 热力学热力学 经典统计力学经典统计力学 经典电磁理论经典电磁理论 19世纪末趋于完善世纪末趋于完善 从从19世纪末到世纪末到20世纪初，经典物理学的理论遇世纪初，经典物理学的理论遇到了困难到了困难无法解释一系列重大的实验发现。无法解释一系列重大的实验发现。开尔文：大厦基本建成开尔文：大厦基本建成 两朵乌云两朵乌云 MM实验实验 黑体辐射黑体辐射 相对论相对论量子论量子论 量子力学量子力学第3页，此课件共58页哦近代物理（近代物理（20世纪）世纪）A 旧量子论的形成（旧量子论的形成（冲破经典量子假说冲破经典量子假说）1900 Planck 振子能量量子化振子能量量子化 普朗克为了解决经典理论解释普朗克为了解决经典理论解释黑体辐黑体辐 射射规律的困难，引入了能量子的概念，为规律的困难，引入了能量子的概念，为 量子理论奠定了基础。量子理论奠定了基础。第4页，此课件共58页哦1905 Einstein 电磁辐射能量量子化电磁辐射能量量子化 爱因斯坦爱因斯坦针对光电效应实验与经典理针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了论的矛盾，提出了光量子光量子的假说，为量子的假说，为量子理论的进一步发展打开了局面。理论的进一步发展打开了局面。1913 N.Bohr 原子能量量子化原子能量量子化 玻尔玻尔在卢瑟福原子有核模型的基础上在卢瑟福原子有核模型的基础上，应用量子化的概念解释了，应用量子化的概念解释了氢原子氢原子光谱，光谱，从而使从而使前期量子论前期量子论取得了很大的成功。取得了很大的成功。第5页，此课件共58页哦B、量子力学的建立（、量子力学的建立（崭新概念崭新概念）1923 de Broglie 电子具有波动性电子具有波动性 1926-27 Davisson,G.P.Thomson 电子衍射实验电子衍射实验 1925 Heisenberg 矩阵力学矩阵力学 1926 Schroedinger 波动方程波动方程 1928 Dirac 相对论波动方程相对论波动方程第6页，此课件共58页哦一、一、热辐射及其特点热辐射及其特点任何物体在任何温度下都会任何物体在任何温度下都会由于分子热运动由于分子热运动而而导导致物体辐射电磁波致物体辐射电磁波温度不同时温度不同时 辐射的波长分布不同辐射的波长分布不同 例如：铁块例如：铁块 温度温度 从从暗红暗红到到橙色橙色到到黄白色黄白色这种与温度有关这种与温度有关的辐射的辐射 称为称为热辐射热辐射 -热能转化为电磁能的过程热能转化为电磁能的过程1 黑体辐射和普朗克的能量子假说黑体辐射和普朗克的能量子假说第第1章章 早期量子理论早期量子理论第7页，此课件共58页哦铁块温度升高时颜色的变化铁块温度升高时颜色的变化逐渐升温逐渐升温第8页，此课件共58页哦钢水钢水第9页，此课件共58页哦二、平衡热辐射二、平衡热辐射 加热一物体加热一物体 物体的温度恒定时物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射这时得到的辐射称为平衡热辐射讨论讨论 平衡热辐射的规律平衡热辐射的规律 第10页，此课件共58页哦三、三、黑体辐射黑体辐射 1.研究热辐射的理想模型研究热辐射的理想模型-黑体黑体 黑体黑体：可吸收全部到达它表面的电磁辐射可吸收全部到达它表面的电磁辐射 1859年年 基耳霍夫证明：基耳霍夫证明：平衡态时平衡态时 黑体辐射只依赖于物体的温度黑体辐射只依赖于物体的温度 与构成黑体的材料与构成黑体的材料 形状无关形状无关 实验和理论均证明：实验和理论均证明：在各种材料中在各种材料中 黑体的光谱辐射度最大黑体的光谱辐射度最大 黑体是吸收（辐射）能力最强的物体。黑体是吸收（辐射）能力最强的物体。第11页，此课件共58页哦维恩设计的黑体维恩设计的黑体不透明介质空腔开一小孔，不透明介质空腔开一小孔，小孔表面是黑体。小孔表面是黑体。炼钢炉上的小洞炼钢炉上的小洞向远处观察窗子向远处观察窗子第12页，此课件共58页哦b=2.89775610-3 mK2.黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律1)实验规律一实验规律一 维恩位移定律维恩位移定律 =5.67 10-8 W/m2K4 2)实验规律二实验规律二 斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律单位时间内从物体单位表单位时间内从物体单位表面发出的波长在面发出的波长在 附近附近单位波长间隔内的电单位波长间隔内的电磁波的能量磁波的能量第13页，此课件共58页哦四、经典物理学遇到的困难四、经典物理学遇到的困难如何从理论上找到符合实验结果的如何从理论上找到符合实验结果的函数式函数式?为常数为常数 1896年维恩从经典年维恩从经典热力学理论及实验热力学理论及实验数据分析得出数据分析得出1.维恩公式维恩公式高高频频段段与与实实验验符符合合很很好好，低低频段明显偏离。频段明显偏离。2.瑞利瑞利-金斯公式金斯公式 低频段与实验符合较好，低频段与实验符合较好，高高频段出现频段出现“灾难性灾难性”偏离偏离1900年从经典电动力年从经典电动力学和统计物理学理论学和统计物理学理论推导而得推导而得第14页，此课件共58页哦 /1014HzM (10-9 W/(m2 Hz)0实验曲线实验曲线（1896）（1900）“紫外灾难紫外灾难”“物理学晴空中物理学晴空中的一朵乌云的一朵乌云!”由由经典理论经典理论导导出的出的M (T)公式都与实验公式都与实验结果不符合！结果不符合！第15页，此课件共58页哦五、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式五、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式1.1.黑体辐射公式黑体辐射公式M.Planck 德国人德国人 18581947 1900年年10月，普朗克利用数学上月，普朗克利用数学上的内插法，把适用于的内插法，把适用于高频高频的维恩公的维恩公式和适用于式和适用于低频低频的瑞利金斯公式的瑞利金斯公式衔接起来，得到一个半经验公式，衔接起来，得到一个半经验公式，即即普朗克黑体辐射公式：普朗克黑体辐射公式：实验物理学家实验物理学家鲁本斯鲁本斯（Rubens）把它同实验结果比较，把它同实验结果比较，发现发现：在全波段与实验结果惊人地符合！在全波段与实验结果惊人地符合！第16页，此课件共58页哦 普普朗朗克克认认为为：空空腔腔内内壁壁（辐辐射射黑黑体体）的的分分子子、原原子子可可以以看看成成是是带带电电的的线线性性谐谐振振子子；这这些些谐谐振振子子振振动时动时向外向外辐射辐射能量（也可能量（也可吸收吸收能量）能量）。2.普朗克的能量子假设普朗克的能量子假设普普朗朗克克能能量量子子假假设设：谐谐振振子子的的能能量量不不连连续续，只只能能是最小能量是最小能量 =h 的整数倍：的整数倍：E=n n=1,2,3.物体发射或吸收电磁辐射时，交换能量的最小物体发射或吸收电磁辐射时，交换能量的最小单位是单位是“能量子能量子”即谐振子的能量是即谐振子的能量是量子化量子化的的能量子能量子第17页，此课件共58页哦 在在这这一一假假设设基基础础上上，再再运运用用经经典典的的统统计计物物理理方方法就可推出普朗克黑体辐射公式。法就可推出普朗克黑体辐射公式。能能量量子子的的假假设设对对于于经经典典物物理理来来说说是是离离经经叛叛道道的的，就就连连普普朗朗克克本本人人当当时时都都觉觉得得难难以以置置信信。为为了了回回到到经经典典的的理理论论体体系系，在在一一段段时时间间内内他他总总想想用用能能量量的的连连续续性性来来解解决决黑黑体体辐辐射射问问题题，但但都都没没有成功。有成功。普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说打破了打破了“一切自然过程能一切自然过程能量都是连续的量都是连续的”经典理论。经典理论。能量子能量子概念的提出标概念的提出标志了量子力学的诞生，普朗克为此获得志了量子力学的诞生，普朗克为此获得1918年诺贝年诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。第18页，此课件共58页哦例：设想一质量为例：设想一质量为 m=1 g 的小珠子悬挂在一个的小珠子悬挂在一个 小轻弹簧下面作振幅小轻弹簧下面作振幅 A=1 mm的谐振动的谐振动弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数 k=0.1 N/m按量子理论计算按量子理论计算 此弹簧振子的能级间隔多大？此弹簧振子的能级间隔多大？减少一个能量子时振动能量的相对变化是多少？减少一个能量子时振动能量的相对变化是多少？解：弹簧振子的频率解：弹簧振子的频率为什么在宏观世界中观察不到能量分立的现象为什么在宏观世界中观察不到能量分立的现象?第19页，此课件共58页哦能级间隔能级间隔振子能量振子能量相对能量变化相对能量变化现在的技术条件下所能达到的最高的能量分辨率为：现在的技术条件下所能达到的最高的能量分辨率为：所以宏观的能量变化看起来都是连续的所以宏观的能量变化看起来都是连续的经典经典能量能量量子量子第20页，此课件共58页哦2 光电效应和爱因斯坦的光量子论光电效应和爱因斯坦的光量子论光电效应光电效应:光照射某些金属时光照射某些金属时从金属表面释放出从金属表面释放出电子的效应。电子的效应。产生的电子称为产生的电子称为光电光电子子。光电子光电子在电场加在电场加速下向阳极运动，速下向阳极运动，就形成就形成光电流光电流。VGOOOOOOBOO照射光照射光.KA光电管光电管第21页，此课件共58页哦一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线IOU光强较强光强较强光强较弱光强较弱Im2Im1加速电压增大时加速电压增大时光光电流增大，电流增大，加速电压加速电压增大到一定值时光电增大到一定值时光电流达到饱和。流达到饱和。1.饱和电流饱和电流 ImUa截止电压截止电压2.截止电压截止电压Ua截止电压与照射光的截止电压与照射光的频率有关，频率有关，而与光强而与光强无关。无关。第22页，此课件共58页哦3.红限频率红限频率CsCaNa4.06.08.010.0UaV 1014Hz4.02.0对于每一种金属阴极：对于每一种金属阴极：Ua=K(vv0)=eK(vv0)光电子的最大初动能光电子的最大初动能 ,而与入射光强无关而与入射光强无关v照照 一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律1.饱和电流饱和电流 Im2.截止电压截止电压 Ua截止电压截止电压与照射光频率的关系与照射光频率的关系4.瞬时效应瞬时效应 驰豫时间驰豫时间10-9s 第23页，此课件共58页哦二、波动理论所遇到的困难二、波动理论所遇到的困难 实验规律：实验规律：1.饱和电流饱和电流 2.截止电压截止电压 3.红限频率红限频率 4.瞬时效应瞬时效应 经典电磁理论：经典电磁理论：光波的光波的强度强度(能量能量)越大，越大，电子电子吸收的能量越多，越能够达到阳吸收的能量越多，越能够达到阳极。截至电压应与光强有关。极。截至电压应与光强有关。要打出电子只需克服逸出功。要打出电子只需克服逸出功。光光波的能量分布在波面上，阴极里波的能量分布在波面上，阴极里的电子积累能量克服逸出功需要的电子积累能量克服逸出功需要一段时间，光电效应不可能瞬时一段时间，光电效应不可能瞬时发生！发生！第24页，此课件共58页哦 光量子具有光量子具有“整体性整体性”光的发射、传播、吸收都是量子化的光的发射、传播、吸收都是量子化的 电磁辐射由以光速运动的、局限于空间某一小电磁辐射由以光速运动的、局限于空间某一小范围的范围的光量子（光子）光量子（光子）组成，组成，频率为频率为 的光的一个的光的一个光子光子的能量的能量为为 =h 1.1.爱因斯坦光量子假设（爱因斯坦光量子假设（19051905年）年）三、爱因斯坦的光量子论三、爱因斯坦的光量子论 普普朗朗克克假假设设只只涉涉及及发发射射或或吸吸收收,未未涉涉及及电电磁磁辐辐射射在空间的传播。是不协调的。在空间的传播。是不协调的。第25页，此课件共58页哦2.对光电效应的解释对光电效应的解释 一个光子将全部能量交给一个电子一个光子将全部能量交给一个电子电子用此克服金属对它的束缚电子用此克服金属对它的束缚 从金属中逸出从金属中逸出A：逸出功：逸出功爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程当当 A/h 时时 不发生光电效应不发生光电效应红限频率红限频率截止电压或光电子的最大初动能与频率成正比截止电压或光电子的最大初动能与频率成正比第26页，此课件共58页哦一束光就是一束以速率一束光就是一束以速率c 运动的光子流。运动的光子流。单位时间单位时间打到单位面积上的粒子总能量即打到单位面积上的粒子总能量即光强光强光子打出光电子光子打出光电子是是瞬时瞬时发生的，一次吸收发生的，一次吸收光量子光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！假设解释了光电效应的全部实验规律！在确定的光强下在确定的光强下 I=N h 能够打出的最大电子数就是能够打出的最大电子数就是 N 饱和饱和电流电流I 光子数光子数N 打出光电子多打出光电子多 im N 粒子流密度粒子流密度 I=N h 第27页，此课件共58页哦1916年年密立根（密立根（R.A.Milikan）做了精确的光电效应做了精确的光电效应实验，实验，进一步进一步证实了爱因斯坦的光子理论。证实了爱因斯坦的光子理论。密立根密立根由于研究由于研究基本电荷基本电荷和和光电效应光电效应，特别是通过，特别是通过著名的著名的油滴实验油滴实验，证明电，证明电荷有最小单位，荷有最小单位，获得获得1923年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖1868 1953爱因斯坦爱因斯坦由于对由于对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献，的贡献，获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖1879 1955第28页，此课件共58页哦 利用光电效应可以制成光电管、光电利用光电效应可以制成光电管、光电二极管、光电倍增管、光电摄像管、光二极管、光电倍增管、光电摄像管、光敏电阻、光电池等光电元器件，它们广敏电阻、光电池等光电元器件，它们广泛应用于自动控制和电影、电视及其它泛应用于自动控制和电影、电视及其它等领域。等领域。第29页，此课件共58页哦四、光子的性质四、光子的性质能量能量 质量质量则则 光子的静止质量光子的静止质量 m0=0 动量动量v=c有限确定值有限确定值 第30页，此课件共58页哦五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性1.近代认为近代认为光具有波粒二象性光具有波粒二象性2.基本关系式基本关系式粒子性：粒子性：能量能量 动量动量P 数量数量N 波动性：波动性：波长波长 频率频率 振幅振幅E0 一些情况下一些情况下 突出显示波动突出显示波动性性 一些情况下一些情况下 突出显示粒子突出显示粒子性性式中式中波矢量波矢量第31页，此课件共58页哦3.波动性和粒子性的统一波动性和粒子性的统一光作为电磁光作为电磁波波是是弥散弥散在空间在空间而而连续连续的的光作为光作为粒子粒子在空在空间中是间中是集中集中而而分立分立的的波动性波动性:某处某处明明亮亮则某处则某处光强光强大大 即即 I 大大怎样统怎样统一一?光子数光子数 N I E02粒子性粒子性:某处某处明明亮亮则某处则某处光子光子多多 即即N大大第32页，此课件共58页哦光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定I 大大 光子出现概率大光子出现概率大I 小小 光子出现概率小光子出现概率小统一于统一于概率波概率波理论理论单单缝缝衍衍射射光子在某处出现的概率和该光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比处光振幅的平方成正比光子数光子数 N I E02第33页，此课件共58页哦晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j1922-231922-23年年 康普顿研究了康普顿研究了X射线在石墨上的散射射线在石墨上的散射 0散射波长散射波长 康普顿散射康普顿散射3 康普顿效应康普顿效应 第34页，此课件共58页哦在散射线在散射线中有比入中有比入射射波长更波长更长长的射线的射线 0称为称为康普康普顿散射顿散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）0.7000.750波长波长.一、实验一、实验 规律规律散射曲线的特点散射曲线的特点：1.除原波长除原波长 0外出现外出现了移向了移向长波长波方面的方面的新新的散射波长的散射波长 2.新波长新波长 随散射随散射角的增大而增大角的增大而增大 3.当当散射角增大散射角增大时时原原波长波长的谱线强度的谱线强度降低降低，而而新波长新波长的谱线强度的谱线强度升高升高第35页，此课件共58页哦称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0 0与与 c c可可比比拟拟时时 康康普普顿顿效效应应才显著才显著 因此要用因此要用X X射线才能观察到射线才能观察到波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关，有关，实验规律是：实验规律是：c=0.0241=2.41 10-3nm（实验值实验值）第36页，此课件共58页哦经典理论又一次遇到困难经典理论又一次遇到困难 经典散射理论：经典散射理论：当波长当波长 0 0的射线入射后的射线入射后 使电偶极子使电偶极子受迫振动受迫振动 发出散射波的波长在发出散射波的波长在各方均各方均是是 0 0 康普顿采用了爱因斯坦的康普顿采用了爱因斯坦的光量子光量子假说假说 成功成功地解释了实验现象地解释了实验现象 进一步证明了光量子假说的正确性进一步证明了光量子假说的正确性 第37页，此课件共58页哦 电子功函数电子功函数 量级几个量级几个 eV 二、二、Compton 的解释的解释 1.物理图像物理图像 单个单个光子与光子与单个单个电子电子发生发生完全弹性碰撞完全弹性碰撞 设入射光子能量为设入射光子能量为 h 0 散射光子能量为散射光子能量为h 被碰电子可以看作是被碰电子可以看作是自由电子自由电子 碰前静止碰前静止 自由自由静止静止 电子热运动平均能量电子热运动平均能量 量级量级10-2 eV 与光子能量与光子能量10 KeV 相比相比 都很小都很小第38页，此课件共58页哦yex电子静止电子静止yx散射光散射光子子反冲电子反冲电子入射光子入射光子碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后第39页，此课件共58页哦2.Compton 散射公式散射公式 康普顿康普顿假设假设:完全弹性碰撞完全弹性碰撞遵守遵守动量守恒动量守恒定律和定律和能量守恒能量守恒定律：定律：利用相对论质利用相对论质速关系和能量与速关系和能量与动量关系动量关系得出结果得出结果反冲电子反冲电子散射光子散射光子第40页，此课件共58页哦电子的电子的Compton波长波长波长改变最大波长改变最大实验值实验值 c=0.0241 =2.41 10-3nm反冲电子反冲电子散射光子散射光子第41页，此课件共58页哦 这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚 为什么康普顿散射中还有原波长为什么康普顿散射中还有原波长 0 呢呢？光子和整个原子碰撞。光子和整个原子碰撞。内层电子束缚能内层电子束缚能103104eV，不能视为自由，不能视为自由，而应视为与原子是一个整体。而应视为与原子是一个整体。所以这相当于所以这相当于即即 散射光子波长不变，散射光子波长不变，散射线中还有与原波长散射线中还有与原波长 在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量，在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量，得很紧的电子发生碰撞。得很紧的电子发生碰撞。相同的射线。这种波长不变的散射叫相同的射线。这种波长不变的散射叫瑞利散射瑞利散射原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多。原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多。第42页，此课件共58页哦3.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义支持了支持了“光量子光量子”概念概念 进一步证实了进一步证实了首次在实验上证实了爱因斯坦提出的首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光光量子具有动量量子具有动量”的假设的假设证实了证实了在微观领域的单个碰撞事件中在微观领域的单个碰撞事件中 动量守恒和能量守恒定律仍然成立动量守恒和能量守恒定律仍然成立康普顿获得康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖P=E/c=h/c=h/=h 第43页，此课件共58页哦 19251926年年 吴有训用银的吴有训用银的X射线射线 (0=5.62nm)为入射线，以为入射线，以15种轻重不同种轻重不同的元素为散射物质，的元素为散射物质，在同一散射角在同一散射角()测量各种波长的散射光测量各种波长的散射光强度，做了大量强度，做了大量X 射线散射实验。射线散射实验。1923年年 参加了发现康普顿效应的工作参加了发现康普顿效应的工作对证实康普顿效应作对证实康普顿效应作出了重要贡献。出了重要贡献。吴有训吴有训18971977物理学家、教育家、物理学家、教育家、中国科学院副院长，中国科学院副院长，19281928年被叶企孙聘年被叶企孙聘为清华大学物理系为清华大学物理系教授，曾任清华大教授，曾任清华大学物理系主任、理学物理系主任、理学院院长。学院院长。三、吴有训对研究康普顿效应的贡献三、吴有训对研究康普顿效应的贡献第44页，此课件共58页哦1.与散射物质无关与散射物质无关 仅与散射角有关仅与散射角有关曲线表明曲线表明 轻元素轻元素重元素重元素2.吴有训吴有训的康普的康普顿效应顿效应散射实散射实验曲线验曲线第45页，此课件共58页哦 证实了康普顿效应的普遍性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证实了两种散射线的产生机制 外层电子外层电子(自由电子自由电子)散射散射 0 0内层电子内层电子(整个原子整个原子)散射散射在康普顿的一本著作在康普顿的一本著作“X-Rays in theory and experiment”(1935)中中19处处引用了吴有训的工作。引用了吴有训的工作。书中两图并列作为康普顿效应的证据书中两图并列作为康普顿效应的证据意义意义:第46页，此课件共58页哦光电、康普顿效应作业光电、康普顿效应作业:5-19,21,41,42,43,第47页，此课件共58页哦 量子理论发展进程中必须提及的贡献量子理论发展进程中必须提及的贡献 首次把首次把量子思想用到原子结构和原子光谱量子思想用到原子结构和原子光谱 1.原子的核式原子的核式(行星行星)结构结构 通过大量实验确认了通过大量实验确认了卢瑟福的原子核式模型卢瑟福的原子核式模型一、实验事实一、实验事实2.原子光谱原子光谱 离散的离散的线状谱线状谱4 玻尔的量子假设玻尔的量子假设 红红蓝蓝紫紫6562.84340.54861.31)氢原子的可见光光谱：氢原子的可见光光谱：。1853年瑞典人年瑞典人埃格斯特朗埃格斯特朗（A.J.Angstrom）A即由此得来即由此得来。测得氢可见光光谱的红线测得氢可见光光谱的红线第48页，此课件共58页哦2)氢原子光谱的规律氢原子光谱的规律可见光谱线的可见光谱线的巴耳末公式巴耳末公式R称称为为里德伯常量里德伯常量Lyman seriesBalmer seriesPaschen seriesBrackett seriesPufangde series紫外区紫外区红外区红外区可可见见区区后在实验上又进一步发现氢光谱的其他线系后在实验上又进一步发现氢光谱的其他线系赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芳德系普芳德系到到18851885年年观测到的观测到的氢原子光氢原子光谱线已有谱线已有1414条。条。第49页，此课件共58页哦进一步总结光谱规律进一步总结光谱规律得到得到广义巴耳末公式广义巴耳末公式Lyman seriesBalmer seriesPaschen seriesBrackett seriesPufangde series 3)光谱项光谱项 里兹组合原理里兹组合原理 将氢原子光谱规律推广将氢原子光谱规律推广 到一般发光，得：到一般发光，得：称为光谱项称为光谱项第50页，此课件共58页哦 根据经典电磁理论，电子根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电运动的电子将不断向外辐射电磁波磁波,原子的能量不断减小原子的能量不断减小+电子绕核旋转的频率也电子绕核旋转的频率也逐渐逐渐改变，改变，发射的光谱应是发射的光谱应是连续连续谱谱；最终最终电子将电子将坍缩坍缩到原子核上到原子核上原子不稳定。原子不稳定。+二、经典物理的困难二、经典物理的困难第51页，此课件共58页哦三、氢原子的玻尔理论三、氢原子的玻尔理论1.玻尔的三条假设玻尔的三条假设 以普朗克能量子和爱因斯坦光子概念为基础以普朗克能量子和爱因斯坦光子概念为基础 1)定态假设定态假设 原子系统只能处在一系列不连续的能量状态原子系统只能处在一系列不连续的能量状态 这些状态称为原子系统的稳定状态这些状态称为原子系统的稳定状态 简称简称定态定态 相应能量分别记为相应能量分别记为 E1,E2,E3,(E1E2E3)第52页，此课件共58页哦电子的角动量为电子的角动量为 2)跃迁假设跃迁假设(频率条件频率条件)当原子从一个能量为当原子从一个能量为En的定态跃迁到另一个的定态跃迁到另一个 能量为能量为Em的定态时发射的定态时发射(或吸收或吸收)一个一个 频率为频率为 的光子，的光子，光子的光子的 频率条件是频率条件是3)角动量量子化假设角动量量子化假设 电子绕核运动时，所处的稳定状态必须满足：电子绕核运动时，所处的稳定状态必须满足：n量子数量子数即角动量取值是量子化的即角动量取值是量子化的第53页，此课件共58页哦 定态假设定态假设频率条件频率条件角动量量子化假设角动量量子化假设 2.玻尔对氢原子的工作玻尔对氢原子的工作 1)求出了氢原子的能级公式求出了氢原子的能级公式和轨道半径和轨道半径玻尔氢原子理论的三条假设玻尔氢原子理论的三条假设:第54页，此课件共58页哦氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量的计算由由库仑定律库仑定律和和牛顿运动定律牛顿运动定律:Z原子序数原子序数氢原子氢原子Z=1n=1,2,3,消去两式中的消去两式中的 v，以，以 rn代替代替 r,得：得：a0=r1=0.5291010 m 玻尔半径玻尔半径又由又由角动量量子化条件角动量量子化条件:(1)类氢离子类氢离子:He+,Li+第55页，此课件共58页哦 设电子与原子核相距无穷远时的静电势能设电子与原子核相距无穷远时的静电势能为零，则原子系统的能量是为零，则原子系统的能量是:由由(1)式式 E1=13.6 eV 氢原子基态能级氢原子基态能级得得电子动能电子动能静电势能静电势能（n=1,2,）氢原子氢原子能级能级：类氢离子的能量：类氢离子的能量：第56页，此课件共58页哦氢原子的能级与光谱氢原子的能级与光谱4321nE(eV)赖曼系赖曼系巴巴耳耳末末系系帕邢系帕邢系1000130020003000500010000 20000 A。13.63.391.510.850紫外区紫外区红外区红外区可可见见区区电离能：电离能：E电离电离=EEn=En第57页，此课件共58页哦2)氢原子光谱线的波数公式氢原子光谱线的波数公式相应的波数为相应的波数为:当原子从较高能态当原子从较高能态 En向较低能态向较低能态 Em 跃迁时，发跃迁时，发射一个光子，其频率满足射一个光子，其频率满足:与氢原子光谱公式比较与氢原子光谱公式比较,得里德伯常量的理论值得里德伯常量的理论值第58页，此课件共58页哦