物理 光电效应

2 n r1 11 n rn = = 5.29 ×10 Z Z . 2 E1 2 13 6 En = Z 2 = Z (eV ) 2 n n E = E∞ En
小 结
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 单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光 单位时间内 电子数目N与入射光的强度 成正比。 与入射光的强度I成正比 电子数目 与入射光的强度 成正比。
1 2 2.光电子的最大初动能随入射 光电子的最大初动能随入射 mv = ekν eu0 光的频率ν呈线性地增加 呈线性地增加,与入射光 光的频率 呈线性地增加 与入射光 2 强度无关。 强度无关。 u0 3. 光电效应有一定的截止频率。 光电效应有一定的截止频率。 ν0 =
约化的普朗克常量： 约化的普朗克常量：
v e
r
h = 2π
Ze
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
玻尔在1922年12月10日， 年 月 日 玻尔在 获得了诺贝尔物理奖。 获得了诺贝尔物理奖。
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2、 氢原子轨道半径和能量 、 （1） 轨道半径 ）
vn
+e
2
(m,e)
rn
1 1 me ν= 2 3 ( 2 2) 8ε0ch k n
4
RH实 = 1.096776 ×10 m
7
-1
分符合
相差Leabharlann 17 5 / 10000似氢离子： 似氢离子：核外只有一个电子
He
+
L
++
Be
+++
说明： 说明： 玻尔理论除可用来处理氢原子问题外， 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。 似氢离子。在r n和E n的推算中对核电荷用 Z e 代替 代替e 电子的轨道半径
ε = hν
m=
c ε = hν = h ε hν λ
c
2
1 2 hν = mv + A 2
A = hν0
m0 = 0
2
hν h p=m = c = c λ
=
c
2
静质量
三、康普顿效应 1.实验现象 实验现象 散射线中有两种波长 λ0 ：正常光 λ（> λ0）康普顿散射光 2.康普顿效应公式 康普顿效应公式
2
e vn =m 2 4πε0rn rn
2
2
h L = mvnrn = n 2π
n = 1时， 2 O ε0h 11 r1 = . m = 0.529 A 2 = 5 29 × 10 e πm
n = 1,2,3, 轨道是量子化的
玻尔半径
ε0h ) rn = n ( 2 e πm
* r =n r
2 n
10
三、 玻尔的氢原子理论 1、三点基本假设 、
假设1--定态条件： 假设 定态条件： 定态条件 原子系统只能处在一系列不连续的稳定状态（定态），在这 原子系统只能处在一系列不连续的稳定状态（定态），在这 不连续 ）， 些稳定态中，能量只能取不连续的量值 不连续的量值E 些稳定态中，能量只能取不连续的量值 1 ，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， 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。 但不辐射能量。 假设2--频率条件： 假设 频率条件： 频率条件 的稳定态跃迁到能量为 稳定态， 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 一个光子的能量 发射或吸收一个光子的能量
~ = 1 = R( 1 1 ) ν 2 2 2 n λ
n = 2,3......
赖
巴
布 紫外） 赖曼系（紫外）
可见光） n = 3,4...... 巴尔末系（可见光）
n = 4,5...... 帕邢系（红外） 红外）
n = 5,6...... 布喇开系（近红外） 近红外）
n = 6,7...... 普芳德系（远红外） 远红外）
2h 2 sin λ = λ λ 0= m0c 2
0 h λC = = 0.024A m0c
3
四、康普顿效应与光电效应的关系 （1）康普顿效应与光电效应在物理本质上是相同的 ） 研究的都是个别光子与个别电子之间的相互 作用，作用过程中都遵循能量守恒定律。 作用，作用过程中都遵循能量守恒定律。 （2）康普顿效应与光电效应的入射光的波长不同 ） 光电效应：入射光波长长，为1000数量级 光电效应：入射光波长长， 数量级 康普顿效应：入射光波长短， 康普顿效应：入射光波长短，为1数量级 数量级 （3）光子与电子相互作用的微观机制不同 ） 光电效应：电子吸收了光子全部能量，能量守恒。 光电效应：电子吸收了光子全部能量，能量守恒。 康普顿效应：光子与电子弹性碰撞，能量动量均守恒。 康普顿效应：光子与电子弹性碰撞，能量动量均守恒。
~= 1 =R (1 1 ) ν H 2 2
λ
2
n
4 7 1 里德伯恒量 RH = = 1.096776×10 m 7 B
3. 氢原子光谱的谱线系
帕
普
~ = 1 = R( 1 1 ) ν 2 2 1 n λ ~ = 1 = R( 1 1 ) ν λ 32 n2 ~ = 1 = R( 1 1 ) ν 2 2 4 n λ ~ = 1 = R( 1 1 ) ν 52 n2 λ
RH RH T ( k ) = 2 T(n) = 2 k n
R R T (k ) = 对碱金属 T(k) = 2 (n + β )2 (k + α)
5. 氢原子光谱的实验规律： 氢原子光谱的实验规律： (1) 若k变,则给出不同的谱线系。 则给出不同的谱线系。 变 则给出不同的谱线系 (2) 若k不变 变,则给出同一谱线系中各谱线的波数。 不变,n变 则给出同一谱线系中各谱线的波数 则给出同一谱线系中各谱线的波数。 不变 (3)光谱是线状的谱线，谱线有一定位置，即有确定的波 光谱是线状的谱线，谱线有一定位置， 光谱是线状的谱线 彼此分立的 长值，而且谱线是彼此分立 长值，而且谱线是彼此分立的 (4)每一个光谱线的波数可以用两个光谱项之差表达。 每一个光谱线的波数可以用两个光谱项之差表达 每一个光谱线的波数可以用两个光谱项之差表达。
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6.与经典理论的矛盾 6.与经典理论的矛盾 （1）无法解释原子的稳定性 ） 由电磁波理论，电子绕核旋转，应向外辐射电磁波， 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， 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。 上不再旋转，而实际上并非如此。 （2）无法解释氢原子光谱（线状光谱）的规律性 ）无法解释氢原子光谱（线状光谱） 由电磁波理论，电子转动频率逐渐下降，因而电磁波的 由电磁波理论，电子转动频率逐渐下降， 频率不断下降，应是连续光谱 而实际上原子发光是线状 连续光谱， 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。 光谱。
= 13.6 eV
= 3.4eV
= 1.51eV
= 0.85eV
En
E1 = 2 n
n → ∞ E∞ = 0
用一定高度的水平线表示 一定能量的图叫能级图 一定能量的图叫能级图
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3.电离能： 电离能： 电离能 把核外电子从某稳定态（ ）移到无限远处所需要的能量。 把核外电子从某稳定态（n）移到无限远处所需要的能量。
k = 1,2,3, n = k + 1, k + 2, 8
~ = 1 = R( 1 1 ) ν 2 k2 n λ
4.里兹组合原理 里兹组合原理 里兹组合
~ ν = T(k) T(n)
对氢原子
~ = 1 = R( 1 1 ) ν k2 n2 λ
k,n都为正整数，且n>k 都为正整数， 都为正整数 T(k),T(n)称为谱项 称为谱项
hν = En EK
4 RH = = 1.096776 × 10 7 m -1 B
~ = 1 =ν ν λ c~
~ = 1= R ( 1 ν H λ 22 n
1 me 4 En = 2 ( 2 2 ) n 8ε0h 1 ) 2 （1 ）
1 me En = 2 2 2 n 8ε 0 h
4
1 me 4 Ek = 2 k =2，得出（1）式 ，得出（ ） 2 2 k 8ε 0 h 4 me 7 -1 理论值与 = 1 .097373 × 10 m RH理 = 2 8ε0 ch3 实验值十
4
16.2
玻尔的氢原子理论
一 原子的模型结构
1.枣糕式模型 枣糕式模型 （1897 年----汤姆生发现电子，提出原子模型） 汤姆生发现电子， 汤姆生发现电子 提出原子模型） 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。 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 卢瑟福原子有核模型 在原子中带电物质的电场力作用下， 粒子偏离原 在原子中带电物质的电场力作用下，使α 粒子偏离原 来的入射方向，从而发生散射现象。 来的入射方向，从而发生散射现象。
5
绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小 ° ° 绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小2°~3°，1/8000 的粒子偏转大于90 的粒子偏转大于 °
粒子运动不受电子影响。 氦核质量是电子质量的 7500倍， α 粒子运动不受电子影响。 倍
卢瑟福提出 集中了原子中全部的正电荷。 ①. 集中了原子中全部的正电荷。 电子绕原子核旋转。 ②.电子绕原子核旋转。 电子绕原子核旋转 原子核的体积比原子的体积小得多。 ③.原子核的体积比原子的体积小得多。 原子核的体积比原子的体积小得多 原子半径~1010m，原子核半径 14 原子半径 ，原子核半径10 ~1015m。 。