高二物理競賽：康普頓效應和波爾的氫原子理論課件

1二、康普頓效應1922—1923年,康普頓(Compton)研究了X射線被較輕物質(石墨、石蠟等)散射后X光的成分.發(fā)現(xiàn)除了有與原X射線相同波長的成分外，還有波長較長的成分，這種現(xiàn)象稱為或康普頓效應。1.康普頓散射實驗j+

光闌X

射線管探測器X

射線譜儀晶體0散射波長,0

石墨體(散射物質)02實驗規(guī)律=00=450=900I=13500(1)散射X射線中除原波長0外，出現(xiàn)了波長>0的新散射波。(2)△=-0

,新波長隨散射角的的增大而增大。(3)不同元素的散射物質，在同一散射角下波長改變△相同,波長為的散射光強度隨散射物原子序數(shù)的增加而減小.32.康普頓效應的光量子解釋

經(jīng)典電磁理論難解釋為什么有≠0的散射康普頓的解釋:

入射X射線為一束光子,光子與散射物質中的低能自由電子發(fā)生彈性碰撞,碰撞過程中能量與動量守恒。當光子和原子外層電子碰撞，光子的一部分能量傳給電子,光子的能量減少，頻率變低,因此波長變長。若光子和內(nèi)層電子相碰撞時，光子相當于和整個大質量原子作彈性碰撞，碰撞前后光子能量幾乎不變，故波長有不變的成分。因為光子和原子外層“自由電子”碰撞，原子核的影響可忽略，碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，因而波長改變只與散射角有關。4康普頓效應的定量分析e能量守恒：動量守恒：康普頓散射公式5電子的康普頓波長c=0.0243?

康普頓散射實驗的意義(1)有力地支持了“光量子”概念。也證實了普朗克假設

=h。(2)首次實驗證實了愛因斯坦提出的“光量子具有動量”的假設。(3)證實了在微觀的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。6§12.3玻爾的氫原子理論一.氫原子光譜的實驗規(guī)律氫原子可見光譜圖6562.8H4101.7H4861.3H4340.5H

1853年,瑞典人埃格斯特朗（A.J.?ngstr?m）測得氫可見光光譜的紅線，單位?由此得來。1885年，巴耳末(J.J.Balmer)分析這些譜線后，得到一經(jīng)驗公式：n=3,4,5,…7當n→∞時，B=3645.6?為一恒量1890年，里德伯(J.R.Rydberg)

用波數(shù)表示n=3,4,5,…RH稱為里德伯常數(shù)賴曼系(紫外部份)n=2,3,…巴耳末系(可見光)n=3,4,…帕邢系(紅外部份)n=4,5,…布喇開系(遠紅外)n=5,6,…8普芳德系(遠紅外)n=5,6,…廣義巴耳末公式k=1,2,…n=k+1,k+2,k+3,…

各譜線的波數(shù)(或頻率)都可以用兩個正整數(shù)k和n的函數(shù)之差來表示：稱光譜項9二.玻爾的氫原子理論按經(jīng)典的電磁理論無法解釋原子的穩(wěn)定性無法解釋原子光譜的不連續(xù)性1913年,丹麥物理學家玻爾正式發(fā)表了氫原子理論1.定態(tài)假設原子系統(tǒng)只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)為原子的穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱定態(tài).原子中處于定態(tài)的電子雖然繞核運動，但不輻射能量，定態(tài)的能量分別為E1，E2，E3，….2.頻率假設當原子從一個具有較高能量En的定態(tài)躍遷到另一個具有較低能量Ek的定態(tài)時，原子輻射一個光子，光子的頻率滿足En－Ek＝hv103.軌道角動量量子化假設軌道量子化條件n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)原子從較低能量Ek的定態(tài)向較大能量En的定態(tài)躍遷時，吸收一個光子

11玻爾假設應用于氫原子

軌道半徑量子化第一玻爾軌道半徑能量量子化和原子能級12基態(tài)能級激發(fā)態(tài)能級氫原子的電離能氫原子光譜氫原子發(fā)光機制是能級間的躍遷實驗值RH＝1.0967758107m－113因此能量也可寫成氫原子光譜中的不同譜線6562.794861.334340.474101.7418.7540.50賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開系連續(xù)區(qū)0En1215.681025.83972.54-0.85-1.51-3.39-13.6∞n=1n=2n=314例試計算氫原子中巴耳末系的最短波長和最長波長各是多少？解：根據(jù)巴耳末系的波長公式，其最長波長應是n=3n=2躍遷的光子，即最短波長應是n=n=2躍遷的光子，即15例（1）將一個氫原子從基態(tài)激發(fā)到n=4的激發(fā)態(tài)需要多少能量？（2）處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子可發(fā)出多少條譜線？其中多少條可見光譜線，其光波波長各多少？解：(1)(2)在某一瞬時，一個氫原子只能發(fā)射與某一譜線相應的一定頻率的一個光子，在一段時間內(nèi)可以發(fā)出的譜線躍遷如圖所示，共有6條譜線。16

由圖可知，可見光的譜線為n=4和n=3躍遷到n=2的兩條17三、玻爾理論的成功和局限性.

玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，對類氫離子(如He＋、Li2＋、Be3＋…等)的光譜也能很好地說明.1.對于復雜原子(多電子原子，如He、Li等)光譜，玻爾理論無法定量處理，不能解釋譜線的強度、寬度、偏振等問題.2.

把電子看作是