14-2康普顿效应氢原子玻尔理论.ppt
第十九章 量子物理学,NO. 14 -2,康普顿效应,(Compton effect),2011-12-15,氢原子的玻尔理论,(Bohrs theorem of hydrogen atom),Photoelectric effect,Compton scattering,Pair production,实验演示及实验结论：,三、康普顿散射实验,在散射线中除有 ，还 ， （ ）；,1.定性解释,入射光子与介质表面（受原子束缚较弱的）电子碰撞为弹性碰撞，且电子在碰撞前可认为静止；,电子从入射光子处获得动能，形成反冲电子，同时产生散射光子；,全过程满足能量守恒和动量守恒，散射光子的频率小于入射光子的频率，波长变长；,频率为 的X射线看成由一些能量为 的光子组成；,四、光子说的解释,若入射光子与介质中（受原子束缚较强的）电子碰撞，电子动能不变，散射光子波长亦不变。,2.定量解释,动量守恒,能量守恒,四、光子说的解释,2.定量解释,康普顿波长,康普顿公式,3.物理意义,证明了光子假设、狭义相对论力学的正确性.,微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.,四、光子说的解释,对于波长较短的电磁波，康普顿效应显著.,(1920年发现，1927年Nobel Prize),154 氢原子的玻尔理论 一、氢原子光谱的实验规律,1.测量原子光谱的实验装置,放电管,摄谱仪,2.氢原子光谱的实验规律,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）；,一、氢原子光谱的实验规律,1885 年 巴耳末,为巴耳末系的系限波长！,莱曼系（1916）,紫 外,巴尔末系(1885),可见光,帕邢系(1908),布拉开系(1922),普丰德系(1924),汉弗莱系(1953),红 外,一、氢原子光谱的实验规律,2.氢原子光谱的实验规律,每一条光谱线的波数 可以表示为两项之差；,里德伯常量,里得伯里兹合并原则,一、氢原子光谱的实验规律,氢原子光谱的巴耳末系,一、氢原子光谱的实验规律,原子的内部结构 存在固有的规律！,原子光谱的谱线规律启示人们：,二、原子结构模型,1.1903年，汤姆孙（J.J.Thomson）提出原子的“葡萄干蛋糕模型”,英国科学家J.J 汤姆孙于1897年发现了电子，被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”，开辟了原子物理学的崭新研究领域。,径为 的球体范围内，电子浸于其中。,1906年因发现电子win Nobel prize in Physics.,能使原子处于稳定状态；,对电子数和原子量的理论结果与实验不符！,原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半,二、原子结构模型,2.1911年，卢瑟福（E.Rufherford）的原子有核模型（行星模型）,1908年因发现天然放射性获Nobel prize in Chemistry.,1909年，H.W.Geiger & E.Marsden 粒子散射实验,大多数粒子沿原方向或小角度散射方向运动；,每8000个粒子中有一个散射角大于90 度甚至接近于180度。,二、原子结构模型,原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的 .,2.1911年，卢瑟福（E.Rufherford）的原子有核模型（行星模型）,3.经典理论的困难,原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；,随着原子总能量减小，电子轨道半径不断减少，最后落到原子核上，原子不稳定。,二、原子结构模型,与实验为线状谱矛盾！,与原子稳定矛盾！,三、玻尔的氢原子理论,玻尔理论的三个假设（1913）,假设一 电子在原子中，只能在一些特定的轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（定态），并具有一定的能量.,等于 的整数倍.,主量子数,假设三 当原子从高能量 的定态跃迁到低能量,的定态时，要发射频率为 的光子., 频率条件, 定态假设, （角动量）量子化条件,假设二 电子在稳定圆轨道上运动时，其角动量,1.电子轨道半径,玻尔半径,2.氢原子轨道能级,基态能量,三、玻尔的氢原子理论, 位置量子化, 能量量子化,说明：,（1）氢原子的能量是一系列分立的值能级。,基态,这一理论结论1914年由 弗兰克赫兹实验 证实，1925年获Nobel prize.,三、玻尔的氢原子理论,（2）由于 ，则,为把电子从第一玻尔轨道移到无穷远处所需的能量值，称为电离能。,3.玻尔理论解释氢原子光谱,（里德伯常量）,三、玻尔的氢原子理论,四、玻尔理论的成就与不足,1.成就,2.不足,第一次从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱结构；,第一次指出经典理论不能完全适用于原子内部运动过程，揭示了微观体系特有的量子化规律（能量、位置，角动量），对量子力学理论的建立起了巨大的推动作用。,不能解释多电子原子的光谱结构；,对谱线的强度、宽度无能为力；,既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，又赋予它们量子化特点，显得不够协调。,1922年获Nobel prize.,四、玻尔理论的成就与不足,今日作业,1512，16，17，18,瑞利散射蔚蓝的天空,瑞利散射 夕阳,乳胶溶液中散射光在各个方向的波长与入射光几乎相同。,可见光的散射廷德尔效应,拓展：电子能谱,能量关系可表示：,原子的反冲能量,电子结合能,电子动能,电子能谱是利用高能光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。,根据激发源的不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer),X射线光电子能谱(XPS),(X-Ray Photoelectron Spectrometer),在X射线作用下，各种轨道电子都有可能从原子中激发成为光电子，由于各种原子、分子的轨道电子的结合能是一定的，因此可用来测定固体表面的电子结构和表面组分的化学成分。,在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除H和He以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一 。,O 和 C 两条谱线的存在 表明金属铝的表面已被部 分氧化并受有机物的污染,拓展：电子能谱,
