黑体辐射普朗克能量子假设课程.pptVIP

第21章 量子物理基础 主要内容： 21.1 黑体辐射 21.2 光电效应 21.3 康普顿效应 21.4 氢原子光谱 21.5 波粒二象形 不确定关系 21.4 氢原子光谱 十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现，如电子、 X 射线和放射性元素的发现表明原子是可以分割的，它具有比较复杂的结构，原子是怎样组成的？原子的运动规律如何？对这些问题的研究形成了原子的量子理论。 1、原子结构的探索 1.汤姆逊原子结构模型 1903年 J.J.汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均匀地分布在半径为10-10m的球体内，而带负电的电子则在这个球体内游动。这些电子能在它们的平衡位置上作简谐振动，观察到的原子所发光谱的各种频率就相当于这些振动的频率。 这种模型的特点：特别稳定。 ? 粒子 镭放射源 ? 荧光屏 显微镜 金箔 后来卢瑟福和他的学生所作的?粒子散射实验否定了汤姆逊的这种模型。 2. ? 粒子散射实验 ? 粒子为氦核 以~c/15轰击金箔， 在原子中带电物质的电场力作用下，使它偏离原来的入射方向，从而发生散射现象。 氦核质量是电子质量的 7500倍， ? 粒子运动不受电子影响。 实验结果表明：绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小（2?~3?），但有1/8000的粒子偏转角大于90 ? 汤姆逊的原子结构模型无法解释这种现象。 这种大角度散射不可能解释为都是偶然的小角度的累积—这种可能性要比1/8000小得多，绝大多数是一次碰撞的结果。但这不可能在汤姆逊模型那样的原子中发生。 3. 卢瑟福原子有核模型 ①.原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。 ②.电子绕原子核旋转。 ③.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10-14 ~10-15m 卢瑟福 (E.Rufherford， 1871—1937) 英国物理学家. 1899年发现铀盐放射出α、β射线，提出天然放射性元素的衰变理论和定律. 根据 α粒子散射实验，提出了原子的有核模型，把原子结构的研究引上了正确的轨道，因而被誉为原子物理之父． 1911年卢瑟福由α粒子散射实验提出了的原子有核模型（行星模型） 卢瑟福的原子有核模型可以解释?粒子的散射实验：绝大多数的?粒子会穿透原子按原方向进行，只有极少数的?粒子进到核处而产生大角度散射。 原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。 研究原子结构的两种方法： ①.利用原子发光谱线规律。 ②.用高能粒子轰击物质中的原子，使高能粒子穿到原子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部结构。 后来盖革和马斯顿又仔细地进行了?粒子散射实验，证实了卢瑟福结构模型的正确性。 二、光谱 光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。 光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。 每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线“携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变化特色的“信息”。 通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。 三 氢原子光谱的实验规律 到1885年， 观测到的氢原子光谱线已有14条。 。 ‥ 1853年瑞典人埃格斯特朗（A.J.Angstrom） 测得氢可见光光谱的红线， A即由此得来。 。 1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律: 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式 波数 里德伯常量 与整数有关，——谱线是分立的线状谱 氢光谱各谱线系与 n 的关系： 莱曼系（紫外区）， m = 1；（1916） 巴耳末系（可见光）， m = 2；（1885） 帕邢系（红外区）， m = 3；（1908） 布喇开系（红外区）， m = 4；（1922） 普丰德系（红外区）， m = 5；（1924） m n 后来发现在紫外和红外区还有其他谱线系。 汉弗莱系（红外区）， m = 5；（1953） 氢原子光谱的规律： 1）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。 2）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系，它们的波长可以用一个公式表达出来，不同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项。 3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差： 四 氢原子的玻尔理论 （1）经典核模型的困难 根据经典