康普頓效應(yīng)氫原子玻爾理論

康普頓效應(yīng)氫原子玻爾理論第1頁/共31頁Light-matterinteractionLowenergyphenomena→PhotoelectriceffectMid-energyphenomena→ComptonscatteringHighenergyphenomena→PairproductionPhotoelectriceffectComptonscatteringPairproduction第2頁/共31頁實(shí)驗(yàn)演示及實(shí)驗(yàn)結(jié)論：三、康普頓散射實(shí)驗(yàn)在散射線中除有，還，（）；與無關(guān)，但隨散射角增大而增大。（相對(duì)強(qiáng)度）（散射波長）第3頁/共31頁1.定性解釋入射光子與介質(zhì)表面（受原子束縛較弱的）電子碰撞為彈性碰撞，且電子在碰撞前可認(rèn)為靜止；電子從入射光子處獲得動(dòng)能，形成反沖電子，同時(shí)產(chǎn)生散射光子；全過程滿足能量守恒和動(dòng)量守恒，散射光子的頻率小于入射光子的頻率，波長變長；頻率為的X射線看成由一些能量為的光子組成；四、光子說的解釋若入射光子與介質(zhì)中（受原子束縛較強(qiáng)的）電子碰撞，電子動(dòng)能不變，散射光子波長亦不變。第4頁/共31頁靜止電子2.定量解釋入射光子反沖電子散射光子動(dòng)量守恒能量守恒四、光子說的解釋第5頁/共31頁2.定量解釋

康普頓波長

康普頓公式3.物理意義證明了光子假設(shè)、狹義相對(duì)論力學(xué)的正確性.微觀粒子的相互作用也遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律.四、光子說的解釋對(duì)于波長較短的電磁波，康普頓效應(yīng)顯著.(1920年發(fā)現(xiàn)，1927年NobelPrize)第6頁/共31頁例：波長的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞,在與入射角成角的方向上觀察,（2）反沖電子得到多少動(dòng)能？（1）散射波長的改變量為多少？（3）反沖電子的動(dòng)量為多少？問：第7頁/共31頁15－4氫原子的玻爾理論一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.測(cè)量原子光譜的實(shí)驗(yàn)裝置放電管攝譜儀第8頁/共31頁2.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜是彼此分立的線狀光譜，每一條譜線具有確定的波長（或頻率）；一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1885

年巴耳末為巴耳末系的系限波長！第9頁/共31頁萊曼系（1916）紫外巴爾末系(1885)可見光帕邢系(1908)布拉開系(1922)普豐德系(1924)漢弗萊系(1953)紅外一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第10頁/共31頁2.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律每一條光譜線的波數(shù)可以表示為兩項(xiàng)之差；波數(shù)里德伯常量

里得伯—里茲合并原則一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第11頁/共31頁氫原子光譜的巴耳末系一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律656.3nm486.1nm434.1nm410.2nm364.6nm第12頁/共31頁原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在固有的規(guī)律！原子光譜的譜線規(guī)律啟示人們：?第13頁/共31頁二、原子結(jié)構(gòu)模型1.1903年，湯姆孫（J.J.Thomson）提出原子的“葡萄干蛋糕模型”英國科學(xué)家J.J湯姆孫于1897年發(fā)現(xiàn)了電子，被譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”，開辟了原子物理學(xué)的嶄新研究領(lǐng)域。徑為的球體范圍內(nèi)，電子浸于其中。1906年因發(fā)現(xiàn)電子winNobelprizeinPhysics.能使原子處于穩(wěn)定狀態(tài)；對(duì)電子數(shù)和原子量的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符！

原子中的正電荷和原子的質(zhì)量均勻地分布在半第14頁/共31頁二、原子結(jié)構(gòu)模型2.1911年，盧瑟福（E.Rufherford）的原子有核模型（行星模型）1908年因發(fā)現(xiàn)天然放射性獲NobelprizeinChemistry.1909年，H.W.Geiger&E.Marsdenα粒子散射實(shí)驗(yàn)大多數(shù)α粒子沿原方向或小角度散射方向運(yùn)動(dòng)；每8000個(gè)α粒子中有一個(gè)散射角大于90度甚至接近于180度。第15頁/共31頁二、原子結(jié)構(gòu)模型原子的中心有一帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞這個(gè)核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個(gè)原子相比是很小的.2.1911年，盧瑟福（E.Rufherford）的原子有核模型（行星模型）第16頁/共31頁3.經(jīng)典理論的困難原子不斷地向外輻射能量，能量逐漸減小，電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率也逐漸改變，發(fā)射光譜應(yīng)是連續(xù)譜；隨著原子總能量減小，電子軌道半徑不斷減少，最后落到原子核上，原子不穩(wěn)定。二、原子結(jié)構(gòu)模型與實(shí)驗(yàn)為線狀譜矛盾！與原子穩(wěn)定矛盾！第17頁/共31頁三、玻爾的氫原子理論玻爾理論的三個(gè)假設(shè)（1913）假設(shè)一

電子在原子中，只能在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)而不輻射電磁波，這時(shí)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)），并具有一定的能量.等于的整數(shù)倍.主量子數(shù)假設(shè)三

當(dāng)原子從高能量的定態(tài)躍遷到低能量的定態(tài)時(shí)，要發(fā)射頻率為的光子.——頻率條件——定態(tài)假設(shè)——（角動(dòng)量）量子化條件假設(shè)二

電子在穩(wěn)定圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其角動(dòng)量第18頁/共31頁1.電子軌道半徑玻爾半徑2.氫原子軌道能級(jí)基態(tài)能量三、玻爾的氫原子理論——位置量子化——能量量子化第19頁/共31頁

氫原子能級(jí)圖說明：（1）氫原子的能量是一系列分立的值——能級(jí)?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)自由態(tài)這一理論結(jié)論1914年由弗蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)，1925年獲Nobelprize.三、玻爾的氫原子理論（2）由于，則為把電子從第一玻爾軌道移到無窮遠(yuǎn)處所需的能量值，稱為電離能。第20頁/共31頁3.玻爾理論解釋氫原子光譜氫原子能級(jí)躍遷與光譜系萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系（里德伯常量）

三、玻爾的氫原子理論第21頁/共31頁四、玻爾理論的成就與不足1.成就2.不足

第一次從理論上說明了氫原子和類氫原子的光譜結(jié)構(gòu)；

第一次指出經(jīng)典理論不能完全適用于原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過程，揭示了微觀體系特有的量子化規(guī)律（能量、位置，角動(dòng)量），對(duì)量子力學(xué)理論的建立起了巨大的推動(dòng)作用。

不能解釋多電子原子的光譜結(jié)構(gòu)；

對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度無能為力；

既把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，又賦予它們量子化特點(diǎn)，顯得不夠協(xié)調(diào)。1922年獲Nobelprize.第22頁/共31頁四、玻爾理論的成就與不足第23頁/共31頁今日作業(yè)15－12，16，17，18第24頁/共31頁第25頁/共31頁瑞利散射——蔚藍(lán)的天空第26頁/共31頁瑞利散射——夕陽第27頁/共31頁乳膠溶液中散射光在各個(gè)方向的波長與入射光幾乎相同。可見光的散射——廷德爾效應(yīng)第28頁/共31頁拓展：電子能譜能量關(guān)系可表示：

原子的反沖能量電子結(jié)合能電子動(dòng)能電子能譜是利用高能光子照射被測(cè)樣品，測(cè)量由此引起的光電子能量分布的一種譜學(xué)方法。根據(jù)激發(fā)源的不同，電子能譜又分為:X射線光電子能譜(簡(jiǎn)稱XPS)

(X-RayPhotoelectronSpectrometer)紫外光電子能譜(簡(jiǎn)稱UPS)(UltravioletPhotoelectronSpectrometer)俄歇電子能譜(簡(jiǎn)稱AES)(AugerElectronSpectrometer)第29頁/共31頁X射線光電子能譜(XPS)(X-RayPhotoelectronSpectrometer)

在X射線作用下，各種軌道電子都有可能從原子中激發(fā)成為光電子，由于各種原子、分子的軌道電子的結(jié)合能是一定的，因