利用高能粒子轰击原子

三、氢原子光谱规律：
1 1 1 n 1, 对应莱曼系 f RH n 2 n 2 f i n 2对应巴尔末系 f 怎么解释？必须弄清原子内部结构！
n f 取定值, ni 取n f 1 , n f 2 ,
16.3 氢原子的玻尔理论 一、原子的核型结构
hv , v
2、光子理论解释
(3)原子量小的物质康普顿效应较显 著;原子量大的物质效应不显著。
康普顿效应的发现,以及理论分析和实 验结果的一致,不仅有力地证实了光子假 设的正确性,并且证实了微观粒子的相互 作用过程中,也严格遵守能量守恒定律和 动量守恒定律。
16.3 氢原子光谱的规律性
二、氢原子经典核模型的困难
氢原子:一个电子-e,核+e 核线度: 10 14 m ;原子线度: 10 10 m 电子绕核作半径为r的圆轨道运行。
二、氢原子经典核模型的困难
1、原子的稳定性问题 据经典电磁理论:电子加速运动—电磁辐射 —能量减少,最终 原子核,得出结论：原 子为一不稳定系统。 2、原子光谱的规律性
四、爱因斯坦的光量子理论
1、光量子:光可以看成是微粒—光量子组成 的粒子流,每个光子具有能量 h . 2、爱因斯坦光电效应方程：
1)瞬时性解释:单个电子完全吸收光子能量, 只要 0 ,就立即有光电子逸出. 2)光电流I正比于光电子数目n和速度v,但n 是主要因素。 至此,爱因斯坦不仅完美解释了光电效应, 还使人们对光的本性的认识有了质的飞跃— —波动性兼具粒子性。
n (1) 3645.6 2 2 , n 3,4,5 经验公式 n 2
1 1 1 v RH 2 2 , n 3,4,5, 波数 2 n 22 7 1 RH 1 . 097 10 m 3645.6 A
1 1 1 RH 2 2 , n 2, 3,4, 1 n
研究原子结构规律有两条途径： 1、利用高能粒子轰击原子—轰出未知粒子 来研究(高能物理)； 2、通过在外界激发下，原子的发射光谱来 研究光谱分析。
一、光 谱
1、发射光谱：
1)连续光谱:炽热固体、液体、黑体; 2)线状光谱(原子):彼此分立亮线,气体放 电、火花电弧等。
2、吸收光谱:连续谱通过物质时,有些谱线 被吸收形成的暗线。
2
2、莱曼系（紫外光部分）
3、红外光部分：
1 1 1 帕邢系： R H 2 2 ，n 4， 5， 6， n 3
1 1 1 布拉开系： R H 2 2 , n 5,6,7, n 4
1 1 1 普丰德系： R H 2 2 , n 6,7,8, n 5
由经典物理知道，原子既为一不稳定系 统,必然向外发射连续谱,但事实是分立谱 无法解释。
三、玻尔的氢原子理论
1、三条假设：
1)定态假设:原子系统只能具有一系列的 不连续能量状态。
2)角动量假设——量子化条件
人为加进的,后来知道可由德布罗意假 设推出。 3)跃迁假设：h Ei E f
h L mvr n 2 n 1, 2, 3, 主量子数
第16章
量子物理基础
十九世纪末,经典物理学达到了相当完 善的程度,正当人们欢呼:“物理学的大 厦已经建成,以后人们的工作只是为其添 砖加瓦而已”之时,一些新的实验事实却 使物理学大厦的根基发生了动摇。 1、迈—莫实验否定了绝对参照系 (以太系)的存在； 2、热辐事实迫使科学家们抛弃以往惯用的 思维方法,重新思考物理学的基本概念,在曲折 艰苦的阵痛中终于诞生了相对论和量子论。
2、光子理论解释:光子与电子的弹性碰撞
1)光子传递一部分能量给电子
2h 2 定性计算 : sin m0 c 2 0, , , ( ) , 时, max h 12 康普顿波长 2.43 10 m m0 c 2)为什么还有原波长的峰值？ 光子与束缚电子碰撞,是与整个原子碰撞, 失去能量较少,散射后频率几乎不变。
2 4 He , v
1 c , m 7400me 15
1)装置 2)实验结果：
a)绝大多数沿原方向 0或 2o 3o 方向；
o o 90 180 b)在8000多个 粒子中,只有1个
汤姆逊原子模型不能解释！
3、卢瑟福核式模型(行星模型)
1911年,“思考”的重要性——典故 原子中心——原子核(+)集中全部质量 外围——电子(-)绕核旋转 核的大小与原子相比较很小。
E0 (T ) I ( , T )d
0
二、黑体辐射
1、黑体:辐射(吸收)能力最强的物体,能全 部吸收一切外来辐射。 人造黑体模型:不透明材料制成的带小 孔空腔。 2、黑体的单色辐射强度(单色辐出度)I ( , T ) 1)意义:温度为T的黑体,在单位时间,单位 面积上,单位波长间隔 d 所辐射出的 能量.定量说明了辐射强度的大小。
光测高温、光测高温计（实验）
3
六、黑体辐射定律的应用
16.2 光电效应
一、实验装置
1、K—阴极,A—阳极,电子从K A在电路 中形成光电流。 2、光电效应:在入射光照射下,电子获得能 量从金属表面逸出。 3、遏止电压:电子能从K A,说明电子具 有动能;加反向电压,当 U U 0时, I 光 0, 此时Ek max eU0 4、饱和光电流 I s :加正向电压,使逸出金属 表面的电子全部到达阳极A,此时光电流 为最大值。
mT b
b 2.898 10 m k
3
表明: 1)T , I ( , T ) — 曲线 m向短波方向移动; 2) I ( , T ) I ( , T )
T , I ( , T ) 曲线 m向高频方向移动
2 I ( , T ) I ( , T ) c
2
电离:
n 1 n
说明: E n不连续,取一系列分立值——能级 基态 n=1,激发态 n>1
3、原子辐射
hv E i E f
(n f ni )
4
h me 1 v 2 3 ( 2 2 ) Ei E f 8 0 h ni n f
1 c v
4
1 me 1 1 2 3 ( 2 2 ) RH ( 2 2 ) 8 0 h c ni n f ni n f
2、氢原子能级公式
认为:氢核质量无穷大,近似静止(相对电子) (1)半径量子化:库仑力提供向心力
nh mvn 1 e 由假设 2: vn 2 2mrn 40 rn rn
2 2
0h 2 2 rn n r1 n , n 1,2,3, 2 me
2
r1 0.529 10
由玻尔理论得出的谱线系与实验事实吻合
四、玻尔氢原子理论的困难
满意解释了H、类H原子线谱,得到了RH且 能级概念也被F-H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.
W0 1 2 h W0 mv 截止频率 0 h 2
16.2
康普顿效应
一、实验装置 二、实验结果 表明:x射线通过物质散射时,波长发生变 化,散射后的波长有两个峰值,一个与原来波 长相同,另一个 与散射角有关。
三、对康普顿效应的解释
1、经典解释:单色电磁波作用于比波长尺 寸小的带电粒子上时,引起受迫振动,向各方 向辐射同频率的电磁波。 经典理论不能作出合理解释!
两者都能反映物质特性及其内部组成结 构——特征谱线最简单的原子发射光谱是 氢原子光谱。
二、氢原子的光谱系
十九世纪后半叶,很多科学家都在寻找谱 线的规律,1885年巴尔末(1825—1898瑞士 一中学教师)发现了氢原子光谱在可见光部 分的规律,即
1、巴尔末系(可见光部分)
1 2里德伯常量RH 用 表示
E0 (T ) I ( , T )d T E0 (T ) T 8 2 4 2 4 5.670 10 w / m k ( J / s m k )
4
0
4
2、维恩位移定律
曲线峰值对应的 m , T , m 1893年,维恩得到他们之间关系：
四、瑞利—金斯公式 经典物理的困难
瑞利—金斯从经典理论得到：
2c 或I ( , T )d 4 kTd 作出理论曲线与实验曲线比较：
2 I ( , T )d 2 kTd c
1)在低频(长波)部分符合很好； 2)在高频(紫外)部分出现巨大分歧. 实验指出: , I ( ) 0 理论得到: , I ( ) ( 紫外光灾难）
二、实验规律：
1、饱和电流强度与入射光强度成正比。 2、光电子的初动能随入射光频率线性增 加,与光的强度无关。 3、对给定金属，存在一截止频率。 4、光电子是即时发射的。
三、经典理论的困难
1、认为不存在 0 ,只要光强足够大,即能发 生光电效应.但实验证明:只要 0 不管 光强多大,都不会有光电子逸出。 2、认为电子吸收能量需要一定的时间积累, 但实验发现具有瞬时性。 3、光电子初动能应该与入射光强度成正比.
16.1 普朗克量子假设 一、热辐射现象
1、热辐射:决定于物体温度的电磁辐射. 2、平衡热辐射:辐射与吸收平衡,温度恒定. 3、描述热辐射的物理量 单色辐射强度：在单位时间内从物体表 面单位面积上、单位波长间隔内所辐射 出的能量 I ( , T ) 。 总辐射能：在单位时间内从物体表面单 位面积上辐射的各种波长的能量
10
m 第一玻尔半径 ( n 1)