中南大学-大学物理-电磁学-光的量子性与激光.pptVIP

注意：?n=1时的轨道半径r1称为玻尔半径。 ?轨道量子数为n的轨道半径 玻尔氢原子理论 1)电子轨道半径的量子化 n=1、2、3、4… 2)定态能量是量子化的 原子处在轨道量子数为n的状态，原子系统的能量为： 由（1）式： （6）代入（5）式 (3)代入(7)式得 n=1、2、3… ?n=1 n 1 的各定态称为激发态 　 =1时为氢原子的最低能级，称为基态能级　　 -13.6 -3.39 -1.51 -0.85 0 4 8 氢原子能级图 基态 激 发 态 电离态 当 时， ，称为电离态 氢原子从基态变 成电离态所需的 电离能为： 当 时，称为基态 3）导出里德伯常量 将En代入频率条件 与里德伯公式对照： 计算值： 里德伯常量 实验值： 例：计算氢原子中电子从轨道量子数n的状态跃迁到 k=n-1的状态时发射出光子的频率，证明当n足够 大时，这个频率就是电子在量子数为n的轨道上旋 转的频率（经典理论频率） 解： 当n很大时： 当n很大时： 依经典物理，电子在n轨道上旋 转的频率（发射光的频率）为 这实质上是对应原理的必然结果 + rn M m Mm 玻尔理论的成功与局限 成功：解释 了H光谱，尔后有人推广到类H原子 （ ）也获得成功（只要将电量换成Ze（Z为原序数）。他的定态跃 迁的思想至今仍是正确的。并且它是导致新理论的跳板。1922年获诺贝尔物理学奖。 局限：只能解释H及类H原子，也解释不了原子的精细结构。 原因：它是半经典半量子理论的产物。还应用了 经典物理的轨道和坐标的概念. 1.把电子看作是一经典粒子，推导中应用了 牛顿定律，使用了轨道的概念，所以玻尔理 论不是彻底的量子论。 2.角动量量子化的假设以及电子在稳定轨 道上运动时不辐射电磁波的是十分生硬的。 3.不能预言光谱线的强度。 它是卢瑟福的学生，在其影响下具有严谨的科学态度，勤奋好学，平易近人，后来很多的科学家都有纷纷来到他身边工作。当有人问他，为什么能吸引那么多科学家来到他身边工作时，他回答说：“因为我不怕在青年面前暴露自已的愚蠢”。这种坦率和实事求是的态度是使当时他领导的哥本哈根理论研究所永远充满活力，兴旺发达的原因。爱因斯坦评价说：“作为一个科学的思想家玻尔具有那么惊人的吸引力；在于他具有大胆和谦逊两种品德难得的结合” 玻尔其人： n 氢原子光谱中的不同谱线 α β γ δ 6562.79 4861.33 4340.47 4101.74 1215.68 1025.83 972.54 18.75 40.50 赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布喇开系 -13.6 -3.39 -1.51 -0.85 0 E eV 1 2 3 4 8 连续区 n = n = n = 例17-5 试计算氢原子中巴耳末系的最短波长和最长波长各是多少？ 解： 根据巴耳末系的波长公式，其最长波长应是n=3?n=2跃迁的光子，即 最短波长应是n=??n=2跃迁的光子，即 例17-6 （1）将一个氢原子从基态激发到n=4的激发态需要多少能量？（2）处于n=4的激发态的氢原子可发出多少条谱线？其中多少条可见光谱线，其光波波长各多少？ 解： （1）使一个氢原子从基态激发到n=4 激发态需提供能量为 （2）在某一瞬时，一个氢原子只能发射与某一谱线相应的一定频率的一个光子，在一段时间内可以发出的谱线跃迁如图所示，共有6条谱线。 在铝中移出一个电子需要 的能量，波长为 的光射到其表面，求： 1、光电子的最大动能 2、遏止电压 3、铝的红限波长 例 根据图示确定以下各量 1、钠的红限频率 2、普朗克常量 3、钠的逸出功 解：由爱因斯坦光电效应方程 其中 联立以上两个式子得 钠的遏止电压与 入射光频关系 钠的遏止电压与 入射光频率的关系 所以普朗克常量 钠的逸出功 钠的遏止电压与 入射光频率的关系 康普顿效应 康普顿实验装置示意图 X 射线管 X射线谱仪 光阑 石墨体（散射物） φ 晶体 调节A对R的方位，可使不同方向的散射线进入光谱仪。 康普顿实验指出 改变波长的散射 康普顿散射 康普顿效应 (2)当散射角?增加时，波长改变 也随着增加. (3)在同一散射角下，所有散射物质的波长 改变都相同。 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 O (a) (b) (c) (d) o 相 对 强 度 （A） 0.700 0.750 λ 波长 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 φ=45 O O (a) (b) (c