《初期量子论》PPT课件.ppt

第二十五章初期量子论 大学物理 3 电子教案 第二十五章初期量子论 25 1能量子概念 25 2光量子概念 25 5对玻尔原子理论的评价 25 4佛兰克 赫兹实验 25 3原子的初期量子理论 卷首页 习题课 25 1能量子概念 25 1能量子概念 一 热辐射绝对黑体 1 热辐射 辐射能 热辐射 温度辐射 平衡热辐射 2 单色吸收 反射 透射系数 3 绝对黑体及其模型 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 1 定义 章首页 2 模型 在不透明的材料制成开有一个小孔的空腔 n 100 则出射能量 1 a n 2 66 10 4 几乎为0 设入射小孔的能量为1 腔壁的吸收系数为a 若a 0 1 腔内表面极为粗糙 此小孔的表面可视为绝对黑体 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 二 基尔霍夫定律 1 单色辐射本领e T 单色辐出度 在一定温度下 从物体表面上所发射的在 d 2 基尔霍夫定律 面积上 单位频段间隔所辐射的能量 称为e T 的频段范围内的辐射能都是在单位时间内 从单位 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 三 绝对黑体辐射定律 1 测定eB T 实验装置和实验曲线 2 绝对黑体辐射定律 1 斯忒藩 波耳兹曼定律 2 维恩位移定律 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 四 绝对黑体辐射理论 1 经典辐射理论 1 瑞利 琼斯公式 式中c1 c2为实验决定的常数 2 普朗克理论 1 普朗克公式 2 维恩公式 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 2 普朗克理论要点 a 振子发射或吸收的能量为n b 空腔中每一驻波的能量为n n 1 2 亦为 c 每一驻波的平均能量 的取值与 有关 即 相邻能态的能量间隔 差值 称为能量子 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 n 1 2 为相邻两态能量 章首页 3 普朗克公式 a 振动能量遵守玻尔兹曼分布 b 计算 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 例5 1 已知弹簧振子的m 0 30kg 解 2 初态的量子数n为多少 耗散 问 1 观察到的能量减少是连续的还是分立的 由于粘滞和摩擦 使系统能量逐渐 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 k 3 0N m 当t 0时 x A 0 10m 章首页 附 自学思考题 是如何解释的 2 光电效应有几条实验规律 经典理论和光子理论 1 什么叫光电效应和光子假说 25 1能量子概念 热辐射绝对黑体基尔霍夫定律热辐射定律热辐射理论 章首页 25 2光量子概念 25 2光量子概念 一 光电效应 1 实验装置和实验规律 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 自学 光电效应 而与S的大小无关 才能产生 章首页 将上式两边乘以e 考虑式 得 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 实验指出不同的金属 U0不同 因此有不同的红限 从光开始照射到K释放出光电子的时 间 t 10 9s 而与S无关 由该式可以得到两个重要结果 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 a 频率为 的光束是由能量为h 并以光速c运动的光 b 频率越高的光束 其光子能量越大 c 对给定频率的光束来说 光的强度越大 则光子 子流构成 的数目越多 2 光子假说 1 经典理论 即光的电磁波理论 2 光电效应的理论 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 3 光电效应方程 3 对实验规律的圆满解释 1 波动性 干涉 衍射 反射 折射 透射 偏 2 粒子性 能量 质量 动量 振等 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 二 康普顿效应 1 瑞利散射 2 康普顿效应 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 1 实验结果 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 2 实验规律 与 0 散射物质均无关 式中 c 0 0241A 称为康普 b 原子量较小的物质 康普顿效应较强 反之较弱 c 散射光中仍有 0的波长成份 a 散射光中有 0的波长成份出 顿波长 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 现 并且 章首页 3 康普顿效应的理论 1 经典理论 即光的电磁波理论 2 光子理论的基本思想 3 光子理论的定量分析 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 4 对实验规律的圆满解释 4 两个重要的结论 中成立 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 三 电子对效应 1 电子对效应 2 电子对能量守恒方程 光子理论 3 产生电子对效应的三个条件 1 能量条件 2 环境条件 必须要有重核参加 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 因此必须有一个第三者 重核 参加 才能同时满足能量守恒和动量守恒定律 否则 此过程不可能实现 必须满足电荷守恒定律 4 正负电子发射方向 四 三种效应主要性质的比较 自学 3 电荷条件 光电效应康普顿效应电子对效应三种效应的比较 25 2光量子概念 章首页 25 3原子初期量子理论 25 3原子的初期量子理论 一 原子结构研究方法 1 碰撞法 2 光谱法 2 原子结构理论发展过程简介 1 汤姆逊模型 葡萄干 电子 蛋糕 正电球 2 卢瑟福模型 行星结构 1 原子结构研究方法 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 3 粒子散射实验的检验结果 章首页 二 氢原子光谱实验规律 1 实验结果 2 巴耳末经验公式 3 氢原子光谱巴耳末系的里德伯公式 4 卢瑟福模型存在的几个基本问题 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 氢原子光谱图 章首页 对于一定的线系 k取一定的值 如下表所示 4 广义的里德伯公式 式中 RH 4 B 1 096776 107 m 称为里德伯常数 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 章首页 三 氢原子光谱理论 1 经典理论与行星模型的矛盾 1 氢原子光谱是连续光谱 2 原子结构是不稳定的 2 玻尔理论 1 玻尔模型假设 a 定态假设 b 跃迁假设 c 轨道角动量量子化假设 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 章首页 2 玻尔氢原子理论 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 章首页 3 对实验规律的圆满解释 1 线光谱的解释 2 连续谱的解释 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 章首页 赖曼系的连续谱 特别注意 在某一时刻 一个受 因为u可连续取值 所以 为 连续分布 当u 0时 R 该数值 为赖曼系中线光谱与连续谱的分 氢原子 可同时观测到不同的谱 线 对于大量处于不同受激态的 界线 称为线系限 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 激态的氢原子只能发射出一条谱 线 章首页 四 对应原理 1 对应原理 研究在什么条件下 2 相对论力学与经典力学的对应原理 在u c的条件 3 量子理论与经典理论的对应原理 在n 的情况 下 量子理论过渡到经典理论 下 相对论力学过渡到经典力学 理论得出的结果相一致的表述 一种理论得出的结果与另一种 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 章首页 例5 1 已知氢原子中的电子由状态 解 25 3原子初期量子理论 原子结构的研究方法氢原子光谱实验规律氢原子光谱理论对应原理 为电子在量子数为n的圆轨道上绕核旋转的频率 章首页 25 4佛兰克 赫兹实验 25 4佛兰克 赫兹实验 一 实验装置 二 实验结果与解释 1 实验结果 请点击图示 1 VKG 4 9伏 2 VKG 4 9伏 3 VKG 2 4 9伏 实验装置实验结果与解释高激发态的实现 章首页 3 受激汞原子的光辐射 三 高激发态的实现 25 4佛兰克 赫兹实验 实验装置实验结果与解释高激发态的实现 章首页 25 5对玻尔原子理论的评价 25 5对玻尔原子理论的评价 一 能够解决的问题 较圆满地解释氢原子 类氢 二 不能解决的问题 1 稍微复杂一点的原子光谱的规律性 2 氢原子光谱的精细结构 3 塞曼效应 以及谱线的强度 宽度 偏振等 离子光谱的规律性 章首页 三 理论的缺陷 经典理论与量子化假设的混合物 四 理论的成就 架起了一座从经典理论通向量子世界的金桥 25 5对玻