微观粒子的特性

（3）玻尔的量子论
a 原子存在具有特定能量的稳定态（简称定态）。定态中 的原子不辐射能量。能量最低的叫基态，其余叫激发态。
b 只有当电子从一个定态（如E2）跃迁到另一个定态（如 E1）时，才发射或吸收辐射能。其频率满足于
1 h
E2
E1
玻尔频率规则
c 对应与原子各可能存在的定态，其电子的轨道运动 角动量M必等于的整数倍。即
（1）实验事实：黑体辐射的能量按波长（频率）分布。
（2）经典物理学：物体只能连续地发射或吸收不同频率 的辐射能。
（3）普朗克的量子论
主张振子能量有不连续性。
普朗克把腔壁看成是由许多带电的谐振子所组成，而频率 γ的电磁波系由频率γ的振子所吸收和发射。这些谐振子 与经典物理学中所说的不同，只可能处于某些特殊的分立 状态，在这些状态中它的能量是某一最小能量单位hγ0的 整数倍。
（3）爱因斯坦的光子学说
主张光兼有粒子性
a 光的能量是不连续的，也是量子化的。光是一粒一粒 以光速运动的粒子流，这种粒子流称为光子，或光量子。 每一个光子的能量由光的频率所决定。
0 h
b 光为一束以光速c行进的粒子流。其强度取决于单位体 积内光子的数目，即光子的密度ρ
lim N dN 0 d
1） n22
v~
R~H（312
1） n22
n2 2，3，4， n2 4，5，6
布拉开系： v~
R~H（
1 42
1） n22
n2 5，6，7
普丰德系： v~
R~H（512
1） n22
n2 6，7，8
综合：
v~
1
R~H（
1 n12
1 n22
）
n2 n1 1
（2）经典理论的困难
a 原子不断地向外辐射电磁波，随着电子运动的轨道半径 不断减少，辐射的电磁波的频率将发生连续变化。
b 根据光的波动理论，如果入射光的频率较低，总可以用 增大振幅的方法使入射光达到足够的能量，以便使自由电 子获得足以逸出金属表面的能量。所以不应该存在入射光 的频率限制。
c 从光的波动理论的观点来看，产生光电子应该有一定的 时间间隔，而不应该是瞬时的。因为自由电子从入射光那 里获得能量需要一个积累的过程，特别是入射光的强度较 弱时，积累能量需要的时间长。
第一章 量子力学基础和原子结构
第一节 微观粒子的特性
微观粒子：光子、电子、中子、质子、原子、分子、离子 等微粒。具体来说其大小用3× 10-8cm来量度（指粒子的 近似直径），高速运行，运动速度有的近似光速。
一、量子化
1、黑体辐射
假如有一个物体在任何温度下对任何波长的入射辐射能 的吸收比都等于1，则称这种理想物体为绝对黑体，简称 黑体。
c 光子不但有能量，还有质量。
m
0
c2
h
c2
h
c
d 光子有质量，就必有动量P。
p mc h
e 光子与电子碰撞时服从能量守恒定律。
h
1 2
mv
2
w0
逸出功
光电效应的爱 因斯坦方程
结论
a 由上式知。光电子的初动能与入射光的频率成线性关系， 而与光子的数目，即光的强度无关。
b 如果入射光的频率低，则光子的能量小，当光子的能量 hγ小于金属的逸出功W0时，自由电子吸收了这样一个光 子后所具有的能量还不足以克服逸出电势的束缚，因而不 能逸出金属表面，所以光电效应必存在临阈频率。
M nh
2
n 1，2，3
氢
-e
原
rபைடு நூலகம்
子
运
+e
动
轨
道
a、
mv 2 e2
r
40r 2
M nh mvr
2
上述两式消除v，得
r
0h2 me2
n2
52 9n（2 pm）
n 1，2，3
当n=1时，可得氢原子的最小轨道半径r=52.9pm,称 为玻尔半径（a0）
b、 E 1 mv2 （ e2 ） e2 e2 e2
因为通过小孔射入空腔的电磁波 需经多次反射才有可能再从小孔 射出，而每次反射，腔壁都要吸 收一部分电磁波，以致最后从小 孔射出的电磁波已微乎其微了。 所以空腔的电磁辐射可认为是黑 体辐射。
黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体。 当把几种物体加热到同一温度，黑体放出 的能量最多。由图中不同温度的曲线可见， 随温度增加，Ev增大，且其极大值向高频 移动(如右图）。
nh 0
n 1, 2,3
h 6.626 1034 J S 1(普朗克常数）
2、光电效应 金属中的电子在光的照射下，吸收光能而逸出金 属表面的现象。
(光源打开后,电流表指针偏转)
（1）光电效应的实验规律
a 单位时间内逸出金属表面的光子数，与入射光强成正比。
b 光电子的初动能随入射光频率的上升而线性地增大，但 与入射光强无关。 c 如果入射光的频率低于临阈频率，则无论入射光强有多 大，都不会产生光电效应。
c 光强是由光子的数目决定的，光强越大，射到金属表面 的光子越多，单位时间内吸收光子而逸出金属表面的电子 也越多。
d 当光照射到金属表面的时候，光子的能量一次性地被电 子吸收，不需要积累能量的时间，所以无论光强如何，光 电效应都几乎是瞬时的。
“光子说”表明了——光不仅有波动性，且有微粒性， 这就是光的波粒二象性思想。
d 只要入射光的频率大于临阈频率，当光照射到这种金属 表面时，几乎立即产生光电子，而无论光强有多大。
（2）经典理论遇到的困难
a 光的波动理论认为，光波的能量决定于光波的强度，而 光波的强度与其振幅的平方成正比。所以，入射光的强度 越高，金属内的自由电子获得的能量就越大，光电子的动 能应该越大，但实验结果表明，光电子的初动能与入射光 强无关。
b 原子的核型结构是不稳定结构，绕核旋转的电子最终将 落到原子核上。
实际情 况
a 在正常情况下，原子并不辐射能量，只在受到激发时才 辐射电磁波，即发光。
b 原子发光的光谱是线光谱，而不是经典理论所预示的连 续光谱。
c 实验表明，原子的各种属性都具有高度稳定性，并且同 一种原子若处于不同条件下，其属性总是一致的。而这种 属性的稳定性正说明了原子结构的稳定性。
3、氢原子光谱
（1）氢原子光谱的实验规律 a、在可见光区可观察到十四条氢原子光谱线（巴尔麦系）
v~
1
R~H（
1 22
1） n22
n2 3，4，5
里德伯常数R~H 1 096776 107 m1
b、在紫外区、红外区和远红外区分别有莱曼系、帕邢系、 布拉开系、普丰德系
莱曼系： 帕邢系：
v~
R~H（112