理学大学物理下.pptx

《理学大学物理下.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《理学大学物理下.pptx（90页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1例1：设有波长为的单色平行光,垂直照射到缝宽a=15的夫琅和费单缝衍射装置上,求 缝所能分成的半波带数目;(2)屏上相应位置的明暗情况及条纹级次;(3)最多能出现几级明纹.解:(1)=2个半波带(2)暗纹第1级3个半波带明纹第1级6个半波带暗纹第3级(3)=14.5第1页/共90页2例题2 2：ABC位相差为,即光程差为/2第2页/共90页3例3：单缝夫琅和费衍射，若将缝宽缩小一半，焦平面上原来3级暗纹处，现在明暗情况如何？1级明纹解：第3页/共90页4一、光栅 最简单:许多等宽的狭缝等距离 地排列起来，形成的光学元件 刻痕(不透光)透光狭缝光栅常数:若每厘米刻有500条刻痕,则广义：任何能

2、够等间隔地分割光波阵面的装置都是衍射光栅。沙网、编的席子、扇子、眼睫毛13.2 衍射光栅第4页/共90页5光栅衍射条纹是怎样形成的？打开任意一条缝，屏上得到的单缝衍射条纹都重合，光栅衍射光强是一个缝形成光强的N2倍。每个缝都看成一个光源，各个缝之间又要发生干涉。结论：结论：光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉综和作用的结果！第5页/共90页6P0中央明纹P二、光栅方程满足光栅方程的明条纹称主极大明纹K：主极大明纹的级数第6页/共90页7三、光栅衍射明纹的特点1.多缝干涉的影响A1P0中央明纹PI1(1)光的强度条纹亮、细、分得开（假设各缝在各方向衍射光强都相同）条纹亮条纹亮第7页/共90页8为了解释明

3、条纹的既细而且间距又大，看下面的特例：设N=4，根据光栅方程：中央主极大：第一级主极大：（最大）（最大）条纹细，而且间距大即任意两个相邻的光线的位相差为0即任意两个相邻的光线的位相差为2 第8页/共90页9设：则相邻两缝间的光程差：N=4 相邻两缝间的光程差：中央主极大 相邻两缝在P点的位相差：暗纹光栅的最大光程差（即最上面的缝和最下面的缝之间的最大光程差）为 Nd sin 第9页/共90页10 相邻两缝在P点的位相差：暗纹 相邻两缝在P点的位相差：暗纹第一级主极大在中央主积大和第一主积大之间出现了三个暗纹第10页/共90页11结论：结论：N=4 时，在中央主极大与第一极主极大间有3 条暗纹，

4、同理可证明在任意两个相邻的主极大间都有3 条暗纹。推广：推广：若光栅有N个缝，在相邻主极大间应有N-1条暗纹。当N很大的时候，在两主极大间形成了一片黑暗的背景暗条纹满足的方程：多缝干涉条纹的光强分布曲线：有N-2个次极大第11页/共90页12中央主极大明纹角宽度=中央主极大明纹两侧两暗纹间的角距离暗纹：中央主极大明纹角宽度：N 很大，很小条纹细条纹细相邻两主极大明纹间距：根据光栅方程：条纹分得开条纹分得开多光束干涉的结果是:在几乎黑暗的背景上出现了一系列又亮又细且间距大的明条纹第12页/共90页132、单缝衍射的影响上面光栅衍射主极大的强度分布曲线是在各缝在各方向衍射光强都一样的条件下得出的。

5、实际上，由于单缝的衍射作用，各缝在各方向上的衍射光强是不同的。因此，光栅衍射主极大的强度要受单缝衍射的影响第13页/共90页14N=4光栅衍射相对光强分布曲线：多缝干涉的光强分布单缝衍射的光强分布dsin=kasin=k第14页/共90页15当某一衍射角 满足：光栅衍射主极大单缝衍射极小在应该出现光栅衍射主极大的位置，由于单缝衍射极小，所以主极大不会出现，称为光栅衍射的缺级现象。两式相除例如：时，缺级时，缺级第15页/共90页161.1.光栅衍射明纹位置五、几点讨论第16页/共90页17o紫紫红红紫紫红红k级级x紫紫红红k+1级级(2级级)白光白光白色白色波波长长大大小小红红紫紫2.用白光照射

6、用白光照射 中央明纹是白色中央明纹是白色 其余各级条纹是其余各级条纹是紫紫到到红红的彩色光带的彩色光带 彩色光带的宽度彩色光带的宽度 当级数高到一定程度时当级数高到一定程度时,有重迭现象有重迭现象假设从第假设从第K级开始重迭级开始重迭说明从第说明从第2级开始重迭级开始重迭=第17页/共90页183.最多能看到几级条纹的求解方法同时还要考虑缺级:第18页/共90页19PPCDC4.单色平行光斜入射光栅单色平行光斜入射光栅入射角与衍射角在不同侧入射角与衍射角在不同侧入射角与衍射角在同一侧入射角与衍射角在同一侧AB第19页/共90页20例1:1:波长为500nm 的单色光垂直入射每厘米5000条缝的

7、光栅，且d=2a，求：最多能看到几条亮纹。解：考虑缺级：可看到的亮纹：可看到的亮纹：共 5 条为缺级第20页/共90页21 =500nm 的平行光以的平行光以 0=300 斜入射斜入射，已知，已知d=0.01mm 。求：（求：（1）0 级谱线的衍射角；级谱线的衍射角；（2）O点两侧可能见到的谱线的最高级次和总点两侧可能见到的谱线的最高级次和总的谱线数。的谱线数。解:（1）（2）最高29级；共39条谱线例2:-29，-28，8，9第21页/共90页22自然光垂直入射每毫米自然光垂直入射每毫米400条缝条缝 的光栅的光栅问：可产生几级完整的光谱？问：可产生几级完整的光谱？例例3：解：400线/mm

8、设第 k 级光谱与 k+1 级光谱重叠从2 级开始重叠当发生重叠可产生1 级完整的光谱 第22页/共90页23电场强度矢量在光与物质相互作用的过程中起主要作用，又称为光矢量。XYZ光是一种电磁波；电磁波中振动的物理量是变化的电场E和磁场H；光的偏振证明光的偏振证明光是横波光是横波!在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态。第十四章第十四章 光的偏振光的偏振电磁波是横波u第23页/共90页2414.114.1获得线偏振光的方法一、光的偏振态常见偏振态有五种：1.自然光2.线偏振光3.部分偏振光4.椭圆偏振光5.圆偏振光1.自然光：在与传播方向垂直

9、的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等,并且各方向光矢量的振幅相同，位相无确定的关系。特点自然光的图示法：交替均匀地排列，表示光矢量对称而均匀地分布第24页/共90页252.线偏振光：光矢量沿一个固定的方向振动。又称为面偏振光或完全偏振光。振动面u线偏振光的图示法：振动面平行黑板面振动面垂直黑板面3.部分偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等,位相无确定的关系，但各方向光矢量的振幅不等。第25页/共90页26部分偏振光的图示法：特点4.椭圆偏振光和圆偏振光：相当两个相互垂直的光振动的合成。在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量按一定的频率旋转，其端点的轨迹为椭圆或圆。

10、右旋椭圆偏振光左旋圆偏振光第26页/共90页27获得线偏振光的方法二、偏振片的起偏二、偏振片的起偏起偏：将自然光变成线偏振光的过程检偏：检验某束光是否为线偏振光的过程1.偏振片(二向色片)(1)定义:把具有二向色性的物质涂在透明的薄片上(2)二向色性:某些物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质(3)特性:能吸收某一方向的光振动,让与这个方向垂直的光振动通过(4)偏振化方向:让光振动通过的方向偏振片的起偏反射、折射起偏双折射起偏第27页/共90页28起偏器检偏器一般情况下 I =？起偏2、起偏与检偏第28页/共90页293、马吕斯定律I0偏振化方向PI(1)当=0,1800时,I=I0两个光强

11、最大位置(2)当=900,2700时,I=0两个消光位置(3)当为其它值时,0II0P1I1若P与P1夹角为第29页/共90页30 你能说明为什么吗？思考思考4、通过偏振片后，光矢量的振动方向如何？第30页/共90页31检偏器 检 偏起偏器当自然光或线偏振光通过某一偏振片时，透射光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同。注意第31页/共90页32光强不发生变化光强由亮 暗 亮 暗光强发生强弱变化,但不出现消光位置偏振片的应用：通过偏振片检查入射光的性质第32页/共90页33光强为 I I0 0 的自然光相继通过偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3，光强变为 I I0 0/8/8，已知 P

12、 P1 1 P P3 3，问：P P1 1、P P2 2 间夹角如何？解：P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例1 1：第33页/共90页34例2 2：自然光强度 I0，连续通过4 块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角30，忽略光的吸收，求：透射光强度。解：第34页/共90页35例3 3：一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的 5 倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。解：设自然光强度线偏振光强度第35页/共90页36布儒斯特角三、反射和折射光的偏振反射光:部分偏振光线偏振光2.布儒斯特定律1.

13、反射光和折射光的偏振态垂直入射面振动的成分多折射光:平行入射面振动的成分多第36页/共90页37 根据光的可逆性，当入射光以 角从 介质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角.玻璃玻璃2）1）ib+=/2第37页/共90页38平行玻璃板上表面的反射光是线偏振光注意：上表面的折射角等于 下表面的入射角通常玻璃的反射率只有7.5%左右，反射光为线偏振光，但光强较弱；折射光为部分偏振光，但光强较强。若要获得较强的反射线偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光也是线偏振光！=第38页/共90页39欲使反射光强度增强，可以使用玻璃片堆当玻璃片足够多时，反射光的强度加强；透射光也逐渐变成线偏振光，偏振化方向与反

14、射线偏振光的垂直。玻璃堆可以起偏，也可以检偏旋转上玻璃片，发现光强由亮 暗 亮则证明入射光为线偏振光第39页/共90页40例例4：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。状态。第40页/共90页41例5 5：求：解：利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。自然光以 的角由空气入射一折射率为n 的不透明媒质中，若反射光为完全偏振光 折射光的性质 折射角=？该种媒质的折射率 n=？折射光为部分偏振光第41页/共90页42 14.2 14.2 双折射现象双折射现象一、光的双折射现象在其中传播的光，沿各个方向传播的速度相同在其中传播的光，沿不同方向传播的

15、速度不同在其中传播的光，沿不同方向传播的速度不同各向同性媒质：各向异性媒质：各向异性媒质：例：石英、方解石、水晶、玉石例：石英、方解石、水晶、玉石例：水、玻璃寻常光 非常光各向异性方解石晶体双双折折射射现现象象 一束光射入到各向异性媒质时，折射光分成两束的现象。能够产生双折射现象的晶体双折射晶体1、双折射现象第42页/共90页43寻常光 非常光各向异性方解石晶体双双折折射射现现象象2、o光、e光特征O光:始终在入射面内,并遵守折射定律e光:一般不在入射面内,不遵守折射定律注意：寻常、非常指光在折射时 是否遵守折射定律，o光、e光也只在晶体内部才有意义。第43页/共90页44e o在入射角 时o

16、光、e光在晶体中具有不同的传播速度o光：说明：o光的传播速度在各个方向是相同的e光：说明：e光的传播速度在各个方向是不相同的o光、e光都是线偏振光e光不沿原来方向传播o光沿原来方向传播 O光与e光的传播速度不同，折射率不同3、产生双折射的原因第44页/共90页45二、描述晶体特征的术语（1）（2）（3）晶体的光轴与晶体表面法线所构成的平面晶体中某折射光线与晶体光轴构成的平面o光振动 垂直于o光的主平面e光振动 平行于 e光的主平面晶体中的方向，双轴晶体：云母、硫磺o光、e光都在入射面内光轴:沿此方向o、e光速度相同无双折射单轴晶体：石英、方解石主平面:o光光轴e光光轴主截面:入射面主截面主平面

17、重合当光轴在入射面内时第45页/共90页46ve（4）主速度、主折射率沿光轴方向e、o光速度相同负负晶晶体体正正晶晶体体vo、ve 称晶体的主速度，相应的折射率no、ne 称晶体的主折射率vevon0nev0第46页/共90页47天然方解石晶体的晶面适当研磨,剖面用加拿大树胶粘合,底面涂黑o o光在加拿大树胶上发生全反射，被侧面吸收。e e光在加拿大树胶上发生折射,射出形成线偏振光三、尼科耳棱镜 可以产生线偏振光第47页/共90页48尼科耳棱镜既可以起偏，也可以检偏起偏器检偏器 当两主截面间的夹角=0,1800 时,I=I0两个光强最大位置 当两主截面间的夹角=900,2700 时,I=0两个

18、消光位置 当两主截面间的夹角为其它值时,0II1照射光强阳极阴极石英窗同一种金属做成的K极，用同频率不同光强的光照射。调整加速电压，可得到如图实验曲线。第50页/共90页51光电流:就是从阴极K流向阳极A的电子流 光电流大表示单位时间内从K到A的光电子数多 光电流达到饱和则表示从K飞出的光电子全部流入A 设N为单位时间内从K极飞出的光电子数,e为电子的电量单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光电子数目N与入射光的强度I成正比阳极阴极石英窗(1)光电流和入射光强度的关系第51页/共90页52(2)光电子的初动能与入射光频率之间的关系当U=0 时,说明:从阴极K逸出的光 电子具有初动能 当反向

19、电压为Ua时,说明:具有最大初动能的光电子也刚好不能达到阳极A 使光电流 i=0 的反向电压的绝对值|Ua|称为遏止电压 I1I2I2 I1第52页/共90页53遏止电压|Ua|与入射光的强度 I 无关 遏止电压|Ua|与入射光的频率 有关与金属种类无关的常量与金属种类有关的常量光电子的最大初动能随入射光的频率呈线性地增加，与入射光强度无关。实验指出:i1i2i2 i1第53页/共90页54(3)光电效应有一定的截止频率要使受光照射的金属逸出电子，入射光的频率必须满足光电效应的红限频率(或红限)当光照射某一金属时，无论光强如何，照射时间多长，只要入射光的频率小于这一物质的红限0(0)，从光开始

20、照射直到金属释放出光电子，其中的时间间隔小于10-9 秒，几乎是瞬时的，与入射光的强度无关。2.光电效应与经典理论的矛盾（1）光强越大，能量越大，单位时间逸出的光电子就越多，可解释 im 正比于光强。但无法解释光电子的初动能随光（2）只要光足够强，只要光电子的能量积累达到一定值，就应产生光电效应，与入射光的频率无关，不应存在红限。（3）光电子吸收能量一定要有一个过程，特别光强很弱时，能量积累的时间要更长些，这与实验事实不符。的频率线性增加。第55页/共90页56（1）.普朗克的能量子假说1900年12月14日，在德国物理学会上演讲 这一天定为量子力学的诞生日。能量不连续，只能是 h 的整数倍。

21、1900年，普朗克提出能量子 h h=6.63 10-34 J.s 普朗克常数3、爱因斯坦光子假说及其对光电效应的解释能量如商店里卖啤酒，只能一瓶一瓶卖出。打破能量连续辐射和吸收的传统观念第56页/共90页57他对自己的理论忐忑不安，“经典理论给了我们这样多有用的东西，因此，必须以最大的谨慎对待它，维护它除非绝对必要，否则不要改变现有的理论。”1910年，他提出发射能量不连续，吸收连续，啤酒卖出去后就成了流体。1914年，发射也连续只有相互碰撞时才不连续。量子论普朗克把物理带到量子论大门口，却没进去。爱因斯坦、玻尔勇敢地闯了进去！第57页/共90页58（2）.爱因斯坦光子假说(1905)光是一

22、束以光速c 运动的粒子流，该粒子称为光子。频率为的光的一个光子的能量为h=6.63 10-34 J.s 普朗克常数 光子的质量光子的静止质量 光子的动量光光具具有有波波粒粒二二象象性性爱因斯坦吸收了普朗克思想，提出光子假说。第58页/共90页59（3）光子假说解释光电效应的实验规律逸出功A电子脱离金属表面时,为为了克服表面了克服表面阻力所需要阻力所需要的功的功A是与金属种类有关的常量爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程解释解释 与 成线性关系 光的能流密度I(光强):单位时间内通过单位面积的光子数单位时间内通过单位面积的光能第59页/共90页60解释光电效应的瞬时性当一个光子与金属中的一个

23、自由电子相碰撞时，电子一次全部吸收掉光子的能量，不需要能量的时间积累。解释红限频率的存在 由于在理论物理方面的贡献，特别是对光由于在理论物理方面的贡献，特别是对光电效应的成功解释，电效应的成功解释，1921年，爱因斯坦获得年，爱因斯坦获得诺贝尔物理奖！诺贝尔物理奖！第60页/共90页61例1 波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.求 （1）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；(逸出功)（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？解（1）（2）（3）第61页/共90页62 康普顿康普顿1927年，诺贝尔年，诺贝尔 物理奖获得者物理奖获得者1923年，美国物理学家康普顿

24、发现，X射线通过石墨等轻物质散射时，在散射线中有两种波长：一种是与入射光波长相同的散射线另一种是波长大于入射光波长的散射线，这种改变波长的散射称为康普顿效应。第62页/共90页631.实验现象波长强度(1)散射线中有两种波长（0）康普顿散射光 0：正常光(2)波长的改变量仅随散射角 的增大而增大(3)波长为0的散射光强度随散射角 的增大而减小 波长为的散射光强度随散射角 的增大而增大第63页/共90页64(4)同一散射角，不同的散射物，康普顿散射光光强占总光强的比例不同。轻原子比例大重原子比例小 0 入射光 =0 =450 =900Li（Z=3）Fe（Z=26）0 0正常光光强康普顿散射光光强

25、散射光谱图第64页/共90页65X射线（射线（0 0）照射辐射电磁波辐射电磁波散射 散射物（原子受迫振荡）散射物（原子受迫振荡）波长、频率只能是波长、频率只能是 0 ，02.康普顿效应与经典理论的矛盾当当X射线射线(0、0)通过散射物时通过散射物时,将引起物质内部电子将引起物质内部电子的受迫振动的受迫振动,每个振动的电子将向四周辐射电磁波每个振动的电子将向四周辐射电磁波,形形成散射光成散射光.由于电子受迫振动的频率由于电子受迫振动的频率(波长波长)等于入射光等于入射光的的(0、0),所以散射光的频率所以散射光的频率(波长波长)应等于入射光的应等于入射光的(0、0),即散射光的频率、波长只能是即

26、散射光的频率、波长只能是 0、0第65页/共90页66内层电子与核结合紧密而成为一体光子与之碰撞反弹（不损失能量）不变正常光。轻的原子中的电子一般束缚得较弱，康普顿效应较强，散射光中康普顿成分多、正常成分少。重的原子中的电子一般束缚得较强，康普顿效应较弱，散射光中康普顿成分少、正常成分多。(1)解释当入射光子与最外层自由电子碰撞时,光子把一部分能量传给了电子,光子本身能量 -康普顿散射光；(2)解释3、光子理论对康普顿效应的解释第66页/共90页67 XY能量守恒 X方向动量守恒 Y方向动量守恒4.康普顿效应公式第67页/共90页68联立解得：电子的康普顿波长：说明：（1）康普顿公式与实验完全

27、相符，它不仅解释了 康普顿效应，证明了爱因斯坦光子理论的正 确性，而且还证明了动量守恒定律和能量守 恒定律在微观领域仍成立。（2）只与 有关，与散射物和 无关。第68页/共90页69散射效果：当入射光 与 接近时，康普顿效应显著。吴有训简介：1923年在美国与康普顿一起从事 X 射线散射的研究。康普顿在他的著作中高度评价了吴有训的工作：用精湛的实验技术，精辟的理论分析，无可争议地证明了康普顿效应。在1923年5月，康普顿首次公布其X射线散射光谱的实验结果，但却遭到异议。原因是美国著名实验物理学家哈佛大学的布里奇曼教授竟没有重复出康普顿实验结果。吴有训亲自去哈佛大学，用精巧熟练的实验技术在同行们

28、面前演示了他们的结果，才使物理学界信服。1926年，吴有训对康普顿效应作了更进一步的研究。（3）第69页/共90页70三、康普顿效应与光电效应的关系（1）康普顿效应与光电效应在物理本质上是相同的 它们所研究的都不是整个光束与散射物体之间的作用，而是个别光子与个别电子之间的相互作用，在这种相互作用过程中都遵循能量守恒定律。康普顿效应只有在入射光波长与电子的康普顿波长可以相比拟时才显著。（2）康普顿效应与光电效应的入射光的波长不同 一般来说，当光子的能量与电子的束缚能同数量级时，主要表现为光电效应；当光子的能量远远大于电子的束缚能时，主要表现为康普顿效应第70页/共90页71（3）光子与电子相互作

29、用的微观机制不同 在光电效应中，电子吸收了光子的全部能量，在整个过程中，只满足能量守恒定律；在康普顿效应中，光子与电子作弹性碰撞，此时不仅能量守恒，动量也守恒。教学片教学片CDCDCDCD6 6 光电效应光电效应第71页/共90页72求：（1）散射光波长已知X射线散射，入射光波长（2）反冲电子解：（1）在 的方向上，有两种波长的X射线例1：由康普顿散射公式（3）反冲电子第72页/共90页73（2）反冲电子的动能由碰撞过程能量守恒第73页/共90页74 两式联立：（3）反冲电子的动量由动量守恒定律X方向：Y方向：第74页/共90页75自从1897年汤姆逊发现了电子，说明原子不是最基本粒子。那么原

30、子内部的结构如何？原子内部电子的运动规律怎样呢？这就成了物理学中的一个中心问题！研究原子内部结构和电子运动规律一般有两种方法：用高能粒子轰击原子观测受激状态下的原子辐射光谱一、原子光谱的实验规律引言：引言：1 1、氢原子光谱n=3 4 5 6 7 16.2 波尔的氢原子理论第75页/共90页76 1885年瑞士数学家巴尔末，研究氢原子光谱的可见光波段，发现各谱线的波长可归纳为如下公式：里德伯常数 巴尔末经验公式巴尔末经验公式 巴尔末系的巴尔末系的 里德伯公式里德伯公式1890年里德伯用波长的倒数（波数）来表示巴耳末公式，使公式具有了常见的简捷形式：（2）里德伯公式（1）巴尔末经验公式第76页/

31、共90页77(3)氢原子光谱的谱线系氢原子光谱的谱线系赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芳德系普芳德系第77页/共90页782、里兹并合原理在研究氢原子时，里德伯和里兹等人发现它们的光谱用波数表示时，一般可用两个函数的差值表示：即：例如：氢原子对碱金属原子则：里德伯里德伯公式公式 是与碱金属原子自身性质有关的修正常数。第78页/共90页793、原子光谱的实验规律(1)原子光谱是线状光谱，谱线的波数由两个谱项的差值决定;(3)若 k 不变，n 变，则给出同一谱系中各谱线的波数;(2)若k 变,则给出不同的谱线系；结论：结论：原子的能量是量子化的!第79页/共90页80二、

32、玻尔的氢原子理论1、卢瑟福的原子核式结构模型1903年汤姆逊提出原子的西瓜式模型为了验证汤姆逊提出的模型是否正确，在1911年卢瑟福作了 粒子散射实验。绝大多数的粒子有小于 的散射角，的粒子有大于 的散射角。用镭作 粒子源，在金属箔上散射。实验结果：第80页/共90页81卢瑟福的原子核式结构模型（行星模型）：卢瑟福的原子核式结构模型（行星模型）：电子在以原子核为中心的库电子在以原子核为中心的库仑场中运动，库仑力提供向心力仑场中运动，库仑力提供向心力 一切原子都有一个原子核，一切原子都有一个原子核，原子的质量几乎全部集中在原子原子的质量几乎全部集中在原子核上核上 原子核带正电原子核带正电,电荷数

33、为电荷数为Ze,Z为为原子序数原子序数原子核的半径原子核的半径原子的大小原子的大小（1）主要内容第81页/共90页82（2）与经典理论的矛盾）与经典理论的矛盾 原子系统不稳定与事实上是稳定的矛盾原子系统不稳定与事实上是稳定的矛盾 电子绕原子核作变加速圆周运动，一定不断地向外辐电子绕原子核作变加速圆周运动，一定不断地向外辐射电磁波，能量不断减少，电子绕核运动的半径将逐渐减射电磁波，能量不断减少，电子绕核运动的半径将逐渐减小，最后将落到原子核上。说明小，最后将落到原子核上。说明原子结构是不稳定的原子结构是不稳定的 原子光谱为连续光谱原子光谱为连续光谱与与实际上原子光谱是线光谱实际上原子光谱是线光谱

34、实际上原子光谱是实际上原子光谱是线光谱线光谱发射的光谱为连续光谱发射的光谱为连续光谱频率速度第82页/共90页832、玻尔理论的基本假设：(1913年丹麦物理学家）理论基础：1900年的普朗克假说1905年的爱因斯坦光子假说原子光谱的实验规律把量子理论应用到卢瑟福原子行星模型上。（1）稳定态假设：原子系统只能处在一系列分立的能量状态 这些能量状态对应一定的轨道，至于为什么不向外辐射电磁波？当时玻尔也不知道！后来，1924年由德布罗意给出正确解释：由于粒子具有波粒二象性，电子绕核运动具有波动性。当其波长满足L=k/2时，在轨道运动中形成驻波，其不向外辐射电磁波。在这些能量状态下原子不向外辐射电磁

35、波。卢瑟福的原子模型第83页/共90页84（2）轨道角动量量子化假设：电子绕核运动的轨道由：（3）跃迁假设：即：电子从高能级向低能级跃迁时，放出一个光子，其频率由：决定。原子不仅能放出光子，也能吸收光子3、玻尔理论对氢原子的处理(1).轨道半径:或第84页/共90页85二式联立消去得：轨道半径公式玻尔半径轨道半径是量子化的！(2).能量公式：第85页/共90页86基态能量即：能量是量子化的！当：时，这一状态称为基态。时，称为第一、第二、激发态。能量连续第86页/共90页87电离能：把核外电子移到无限远所需要的能量。显然：基态氢原子的电离能：第一激发态氢原子的电离能：(3).里德伯公式的推导：代

36、入能量公式：与实验值相符式中：第87页/共90页88赖曼系巴耳末系帕邢系虽然每次电子跃迁只发射一个光子，但实验观测到的是大量处在不同激发态的原子所发出的光，所以能同时观察到许多不同的谱线。说明：(a)玻尔理论不仅对氢原子光谱能够解释，而对类氢离子光谱 也能很好的说明。例如：按上述推导，只须把推导 公式中的核电荷数 e 改为 Ze 即可。第88页/共90页89(b)玻尔理论的局限性存在的问题：不能说明稍复杂一点的原子光谱。对氢原子光谱的精细结构也不能说明。解释不了塞曼效应。由半经典、半量子化的理论所致。原因：(c)玻尔理论的进步意义 圆满解释了禁锢了人们30年之久的氢原子光谱实验之谜 玻尔理论的一些概念在量子力学中仍然沿用.玻尔理论对量子力学的建立起到了举足轻重的作用.第89页/共90页90感谢您的观看！第90页/共90页