早期量子論(康普頓效應(yīng)-玻爾量子論)概述

§3康普頓效應(yīng)一、試驗規(guī)律二、Compton的說明三、吳有訓(xùn)對探討康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1晶體光闌X

射線管探測器X

射線譜儀石墨體(散射物質(zhì))j一、試驗規(guī)律1922-23年康普頓探討了X射線在石墨上的散射0散射波長2

散射中出現(xiàn)>0

的現(xiàn)象稱為康普頓散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......3=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......散射曲線的三個特點：1.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方面的新的散射波長

2.新波長

隨散射角的增大而增大3.當(dāng)散射角增大時原波長的譜線強(qiáng)度降低而新波長的譜線強(qiáng)度上升4稱為電子的Compton波長只有當(dāng)入射波長0與c可比擬時康普頓效應(yīng)才顯著因此要用X射線才能視察到波長的偏移只與散射角有關(guān)c=0.0241?=2.4110-3nm（試驗值）5經(jīng)典理論又一次遇到困難經(jīng)典散射理論：當(dāng)波長0的射線入射后使電偶極子受迫振動發(fā)出散射波的波長在各方均是0康普頓接受了愛因斯坦的光量子假說成功地說明白試驗現(xiàn)象進(jìn)一步證明白光量子假說的正確性6二、Compton的說明1.物理圖像單個光子與單個電子發(fā)生彈性碰撞設(shè)入射光子能量為h0散射光子能量為h被碰電子可以看作是自由電子碰前靜止電子功函數(shù)量級幾個eV電子熱運動平均能量量級10-2eV與光子能量10KeV相比都很小自由靜止7yex電子靜止yx散射光子反沖電子82.Compton散射公式

康普頓假設(shè):碰撞過程遵守能量守恒定律和動量守恒定律利用相對論能量與動量關(guān)系得出結(jié)果反沖電子散射光子9電子的Compton波長反沖電子散射光子波長變更最大試驗值c=0.0241?=2.4110-3nm10說明在散射線中還有原波長的成分假如光子與石墨中被原子核束縛得很緊的電子發(fā)生碰撞（內(nèi)層電子）這樣散射光的能量(波長)幾乎不變更從而散射線中還有與原波長相同的射線原子序數(shù)愈大的散射體原波長的成分愈多相當(dāng)于光子和整個原子碰撞（m0是原子質(zhì)量）113.康普頓散射試驗的意義支持了“光量子”概念進(jìn)一步證明白首次在試驗上證明白愛因斯坦提出的“光量子具有動量”的假設(shè)證明白在微觀的單個碰撞事務(wù)中動量和能量守恒定律照舊成立康普頓獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎P=E/c=h/c=h/=h12

康普頓（A.

H.Compton)美國人(1892-1962）康普頓在做康普頓散射試驗131925—1926年吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)三、吳有訓(xùn)對探討康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年參與了發(fā)覺康普頓效應(yīng)的探討工作對證明康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)在同一散射角()測量各種波長的散射光強(qiáng)度做了大量X射線散射實驗141.與散射物質(zhì)無關(guān)僅與散射角有關(guān)曲線表明

輕元素重元素2.吳有訓(xùn)的康普頓效應(yīng)散射試驗曲線15證明白康普頓效應(yīng)的普遍性證明白兩種散射線的產(chǎn)朝氣制－外層電子(自由電子)散射0－內(nèi)層電子(整個原子)散射在康普頓的一本著作“X-Raysintheoryandexperiment”(1935)中19處引用了吳的工作兩圖并列作為康普頓效應(yīng)的證據(jù)吳有訓(xùn)(1897—1977)意義:016§4玻爾的量子論一、試驗事實二、經(jīng)典物理的困難三、玻爾的量子論17量子理論發(fā)展進(jìn)程中必需提及的貢獻(xiàn)首次把量子思想用到原子結(jié)構(gòu)和原子光譜1.原子的核式(行星)結(jié)構(gòu)人們通過大量試驗確認(rèn)了盧瑟福的原子核式模型一、試驗事實2.原子光譜離散的線狀譜18A即由此得來。紅藍(lán)紫6562.8?4340.5?4861.3?1)氫原子的可見光光譜：。‥1853年瑞典人埃格斯特朗（A.J.Angstrom）測得氫可見光光譜的紅線192)氫原子光譜的規(guī)律巴耳末公式R稱為里德伯常量則巴耳末公式寫成20LymanseriesBalmerseriesPaschenseriesBrackettseriesLymanseries紫外區(qū)紅外區(qū)可見光后在試驗上又進(jìn)一步發(fā)覺氫光譜的其他線系需進(jìn)一步總結(jié)其光譜規(guī)律21推廣巴耳末公式得到廣義巴耳末公式LymanseriesBalmerseriesPaschenseriesBrackettseriesLymanseries紫外區(qū)紅外區(qū)可見光223)光譜項里茲組合原理將氫原子光譜規(guī)律推廣到一般發(fā)光得稱為光譜項二、經(jīng)典物理的困難1.怎么說明原子是穩(wěn)定的依據(jù)經(jīng)典理論電子圍著原子核在高速旋轉(zhuǎn)將不斷輻射電磁波能量的不斷削減最終電子將坍縮到原子核上2.怎么說明原子的線狀譜經(jīng)典電動力學(xué)無能為力23三、玻爾的量子論1.關(guān)于原子的三條假設(shè)以普朗克能量子和愛因斯坦光子概念為基礎(chǔ)1)定態(tài)假設(shè)原子系統(tǒng)只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)這些狀態(tài)稱為原子系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)簡稱定態(tài)

相應(yīng)能量分別記為

E1,E2,E3,······(E1<E2<E3<······)242)躍遷假設(shè)(頻率條件)當(dāng)原子從一個能量為En的定態(tài)躍遷到另一個能量為Em的定態(tài)時放射(或吸取)一個頻率為的光子

頻率條件是3)角動量量子化假設(shè)定態(tài)時角動量取值是量子化的

量子化條件是25定態(tài)假設(shè)躍遷假設(shè)角動量量子化假設(shè)2.玻爾對氫原子的工作依據(jù)三條假設(shè)1)求出了氫原子的能級公式262)氫原子光譜線的波數(shù)公式3.玻爾的貢獻(xiàn)1)成功地揭開了“巴耳末公式之迷”2)首次打開了人們相識原子結(jié)構(gòu)的大門3)定態(tài)和頻率假設(shè)在原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論中仍是重要概念4)為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)但他的理論是半經(jīng)典的仍保留了“軌道”概念274.能級分立的試驗驗證--夫蘭克-赫茲試驗1)原理利用電子碰撞基態(tài)水銀原子若原子能量是一份一份的(能級)則電子損失能量也是一份一份的激發(fā)態(tài)基態(tài)282)物理圖像若電子動能EK<E2-E1不足以變更原子狀態(tài)則電子不損失能量電子以從原子身邊穿過若電子動能EK>E2-E1則電子損失一部分能量電子將走得慢些若電子動能EKE2-E1則電子可能會連續(xù)損失幾個的E2-E1能量293)試驗裝置及試驗結(jié)果304)試驗過程視察電流變更假如電流下降說明電子損失能量所以要單調(diào)