物理 光电效应.ppt

1、1,一、 光电效应的实验规律,1.单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光电子数目N与入射光的强度I成正比。,2.光电子的最大初动能随入射光的频率呈线性地增加,与入射光强度无关。,小 结,3. 光电效应有一定的截止频率。,4. 光电效应与时间的关系：从光照射到释放出光电子, 时间间隔小于10-9秒，几乎是瞬时的,与入射光的强度无关。,2,1. 光子假设,(1) 一束光是一粒一粒以光速C运动的光子组成的,(2) 频率为的光的一个光子的能量为,2. 光电效应方程,(1) 能量,(2) 质量,静质量,(3) 动量,3.,二、爱因斯坦光子理论,3,1.实验现象,散射线中有两种波长,（ 0）康普顿散射

2、光,0 ：正常光,三、康普顿效应,2.康普顿效应公式,4,5,16.2 玻尔的氢原子理论,一 原子的模型结构,（1897 年-汤姆生发现电子，提出原子模型）,1.枣糕式模型,原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半径为 10-10m 的球体范围内，电子镶嵌于其中，并可在球体内运动。,2.卢瑟福原子有核模型,在原子中带电物质的电场力作用下，使 粒子偏离原来的入射方向，从而发生散射现象。,6,绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小23，1/8000的粒子偏转大于90 ,卢瑟福提出,. 集中了原子中全部的正电荷。,.电子绕原子核旋转。,.原子核的体积比原子的体积小得多。原子半径10-10m，原子核半径

3、10-14 10-15m。,氦核质量是电子质量的 7500倍， 粒子运动不受电子影响。,7,二、氢原子光谱,2. 里德伯公式,1. 巴尔末公式,氢原子光谱的波长,巴尔末系,式中,波数：单位长度内有几个波长,里德伯恒量,n = 3 4 5 6 7,巴尔末系,利用氢气放电管得到氢原子可见区和紫外区的谱线,8,3. 氢原子光谱的谱线系,赖曼系（紫外）,巴尔末系（可见光）,帕邢系（红外）,布喇开系（近红外）,普芳德系（远红外）,9,5. 氢原子光谱的实验规律：,(4)每一个光谱线的波数可以用两个光谱项之差表达。,(3)光谱是线状的谱线，谱线有一定位置，即有确定的波 长值，而且谱线是彼此分立的,(2)

4、若k不变,n变,则给出同一谱线系中各谱线的波数。,(1) 若k变,则给出不同的谱线系。,4.里兹组合原理,对氢原子,对碱金属,T(k),T(n)称为谱项,k,n都为正整数，且nk,10,由电磁波理论，电子绕核旋转，应向外辐射电磁波，而使系统能量减少，电子旋转速度不断降低，最后落在核上不再旋转，而实际上并非如此。,（1）无法解释原子的稳定性,（2）无法解释氢原子光谱（线状光谱）的规律性,由电磁波理论，电子转动频率逐渐下降，因而电磁波的频率不断下降，应是连续光谱，而实际上原子发光是线状光谱。,6.与经典理论的矛盾,11,三、 玻尔的氢原子理论,或,1、三点基本假设,假设1-定态条件：,假设2-频率

5、条件：,原子系统只能处在一系列不连续的稳定状态（定态），在这些稳定态中，能量只能取不连续的量值E1 ，E2 ，E3，这些能量状态对应一定的轨道。电子虽然绕核作圆周运动，但不辐射能量。,当原子从能量为 En 的稳定态跃迁到能量为 Ek 稳定态，发射或吸收一个光子的能量,12,假设3-量子化条件：,量子数：,约化的普朗克常量：,波尔确实依据它的三点假设揭示了实验中观测的光谱现象的物理规律,原子处于稳定状态时，其电子绕核运动的轨道角动量,玻尔在1922年12月10日，获得了诺贝尔物理奖。,13,玻尔半径,轨道是量子化的,*,2、 氢原子轨道半径和能量,（1） 轨道半径,14,（2） 能量公式,氢原子

6、的能量=电子动能+系统势能,(基态),称为第一、第二、 激发态,时,15,用一定高度的水平线表示一定能量的图叫能级图,(基态),（3）能级,这种量子化的能量值叫能级,1eV=1.60210-19 J,16,把核外电子从某稳定态（n）移到无限远处所需要的能量。,3.电离能：,对于氢原子：,基态氢原子的电离能：,第一激发态氢原子的电离能,17,4.里德伯公式推导：,k =2，得出（1）式,理论值与实验值十分符合,相差,实验 里德伯公式：,（1 ）,18,说明：,玻尔理论除可用来处理氢原子问题外，还能用来处理似氢离子。,在r n和E n的推算中对核电荷用 Z e 代替e,电子的轨道半径,能量公式,电

7、离能,似氢离子：核外只有一个电子,19,氢原子玻尔理论的困难,满意解释了H、类H原子线谱，得到了RH ，且能级概念也被实验证实，但仍存在缺陷,1.不能解释多电子原子光谱、强度、宽度和偏振性等；,2.不能说明原子是如何结合成分子、构成液、固体的。,3.逻辑上有错误：以经典理论为基础，又生硬地加上与 经典理论不相容的量子化假设，很不协调半经典 半量子理论。,玻尔原子理论的意义在于：,1.揭示了微观体系具有量子化特征(规律)，是原子物理发 展史上一个重要的里程碑，对量子力学的建立起了巨 大推进作用。,2.提出“定态”，“能级”，“量子跃迁”等概念，在量子 力学中仍很重要,具有极其深远的影响。,四、玻尔理论的成功与局限性,20,例题1,解：,例题2,处于第一激发态的氢原子，如用可见光照射 能否使它电离？,解：,可见光：,不能电离！,按玻尔理论移去处于基态的 中的电子所需的能量是多少？,21,例题3,氢原子由定态 l 迁移到定态 k 发射一光子。 已知电子在 l 态的电离能为0.85eV，又知从 基态把氢原子激发到 k 态所需10.2eV。 求：从 l 跃迁到 k 态发射的光子能量？,解：,22,例题4：处于第三激发态的氢原子，可能发出的光谱线有多少条？其中可见光谱线几条？,解：第三激发态 n = 4,六条谱线,喇曼系3条 紫外线,巴耳末