第15章-量子物理-1.ppt

1 量子物理简介 2 15 1 1黑体辐射 3 斯忒藩 玻耳兹曼定律 斯忒藩常数 维恩位移定律 能谱分布曲线的峰值对应的波长 m与温度T的乘积为一常数 维恩常数 4 普朗克经验公式 普朗克常量 普朗克的能量子假设 对于频率为的谐振子 其辐射能量是不连续的 只能取某一最小能量的整数倍 n称为量子数 称为能量子 5 光电效应实验的结果 1 存在截止频率 又称红限 2 饱和光电流 3 遏止电压 4 瞬时响应特性 t 10 9秒 光子 爱因斯坦光电效应方程 6 光具有波粒二象性 光子能量 光子的质量 光子的动量 7 15 3康普顿效应 康普顿效应 当X射线被物质散射时 散射光中不仅有与入射光相同的波长成分 更有波长大于入射光波长的成分 15 3 1康普顿散射的实验规律 8 1 对于原子量较小的散射物质 康普顿散射较强 反之较弱 2 波长的改变量 0随散射角 的增加而增加 3 对不同的散射物质 只要在同一个散射角下 波长的改变量 0都相同 9 15 3 2康普顿效应的量子解释 X射线散射的简化模型 单个光子与单个静止的自由电子发生弹性碰撞 能量守恒 10 动量守恒 又 11 康普顿散射公式 康普顿波长 1 波长的改变量 与散射角 有关 散射角 越大 也越大 2 波长的改变量 与入射光的波长无关 结论 问题 为什么在可见光的散射实验中我们没有看到康普顿效应呢 12 例5 波长为 0 0 020nm的X射线与自由电子发生碰撞 若从与入射角成90 角的方向观察散射线 求 1 散射线的波长 2 反冲电子的动能 3 反冲电子的动量 解 13 14 15 4氢原子光谱和玻尔理论 15 4 1氢原子光谱 巴耳末公式 15 计算值 实验值 波数 16 n m 结论 谱线的波数可以表示为两个光谱项之差 光谱项 里德伯表达式 里德伯常量的近代测量值 17 赖曼系 紫外光 帕邢系 红外光 布喇开系 红外光 普芳德系 红外光 巴耳末系 可见光 18 15 4 2原子的经典模型 1 汤姆逊的面包夹葡萄干模型 整个原子呈胶冻状的球体 正电荷均匀分布于球体上 而电子镶嵌在原子球内 在各自的平衡位置附近作简谐振动 并发射同频率的电磁波 19 粒子散射实验 卢瑟福的原子核式模型 原子由原子核和核外电子构成 原子核带正电荷 占据整个原子的极小一部分空间 而电子带负电 绕着原子核转动 如同行星绕太阳转动一样 20 21 15 4 3玻尔的氢原子理论 1885 10 07 1962 11 18 丹麦物理学家 1922年荣获诺贝尔物理学奖 还获得过英国 挪威 意大利 美国 德国 丹麦给予科学家的最高奖赏 得到各种学术头衔 名誉学位 会员资格比任何一位同时代的科学家都多 科学成就 1 原子结构理论 3 创建著名的 哥本哈根学派 2 创立互补原理 他谢绝各种外来的高薪聘请 在一个人口不到五百万的丹麦国建立起物理学的国际中心 以其无与伦比的哥本哈根精神著名 这就是勇猛进取 乐观向上 亲切活泼 无拘无束的治学风气 把哥本哈根建成了物理学家 朝拜的圣地 22 玻尔的三条基本假设 1 原子中的电子只能在一些分裂的轨道上运行 在每一个轨道上运动电子处于稳定的能量状态 2 当电子从一个能态轨道向另一个能态轨道跃迁时 要发射或吸收光子 3 电子在原子中的稳定轨道满足角动量L等于的整数倍条件 23 设电子质量 m 带电量e 力学方程 量子化条件 电子轨道半径 玻尔半径 24 将 量子化条件 和 玻尔半径 代入能量式 得 轨道能量 基态能量 各能级值 各能态 基态 n 1 第一激发态 n 2 第二激发态 n 3 电子在第n个轨道上的能量 25 与里德伯表达式比较 电子从高能级向低能级跃