1、量子物理,研究微观世界物质运动的规律,19 世纪末，物理学晴朗的天空 飘着几朵乌云,物理学面临严重的危机!,黑体辐射,光电效应,康普顿效应,氢原子光谱实验规律,.,普朗克量子假说,早期的量子理论,玻尔的原子量子理论,第24章,第25章,爱因斯坦光子学说,24 1 普朗克量子假说,一、黑体辐射的实验规律,l,瑞利金斯公式,紫外灾难！,维恩公式,单色辐射本领,瑞利金斯公式,维恩公式,二、普朗克公式,（1900年12月14日柏林科学院）,l,奇迹般完全符合实验规律！,普朗克恒量,三、普朗克量子假说,1、（谐振子）能量状态是量子化的。,2、不同型式的辐射，每一小份能量是不同的。, 243 爱因斯坦的光
2、子学说,1、光子： 一束光，是一束以光速 C 运动的粒子流 ，这些粒子称为光子（光量子）。,能量的最小单元 0 称为“能量子”,2、光子具有质量、能量、动量。,1918年获诺贝尔奖,不同频率的光子， 具有不同的能量。,光的波粒 二象性,24 4 康普顿效应（1923）,一、X射线的散射,光子学说很好地解释了光电效应。 1921年获诺贝尔奖。,X射线经过金属、石墨 等物质，发生波长改变的 散射称康普顿效应。, ,二、康普顿散射的实验规律：,1、散射线波长的改变量 = 随散射角 增加 而增加。,2、在同一散射角下 相同 , 与散射物质和入射光波长无关。,3、原子量较小的物质,康普顿散射较强。,三、
3、康普顿效应的理论解释：,1、波动说的困难： 问题？,散射光频率 = 粒子作受迫振动频率 = 入射光频率,可见光是这样，X光则不然，无法解释！,2、量子理论的成功：,光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。,解释实验现象（ 有 、 , ）,光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子,如何解释实验规律？,频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流,康普顿散射公式： 光子与自由电子弹性碰撞,根据能量守恒,动量守恒:,演示光子与电子的碰撞,康普顿波长,与实验结果符合得很好！,解释实验规律： ，散射物质，原子量,(2)康普顿效应给我们什么启示？,思考:(1)观察光电
4、效应时能否见到康普顿效应？,1927年获诺贝尔奖,例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04。求：(1)该光子的散射角(2) 反冲电子的动能,解：（1）,解出,(2), 0.04%,第 25 章 玻尔的原子量子理论,251 氢原子光谱的实验规律,一、氢原子光谱 （传递给我们什么信息？）,二、巴尔末系的里德伯公式（1885）,里德伯恒量 R 的 实验值,三、广义的巴尔末公式： （氢原子光谱的其它线系）,252 玻尔氢原子量子论,一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）,严重的问题：,原子的稳定性问题？,原子分立的线状光谱？,广义的巴尔末公式,玻尔将广义的巴尔末
5、公式改写为：,演示 粒子散射,演示原子发光,1、定态假设：原子只能处在一 系列 不连续的、稳定的能量状态。,二、玻尔原子系统的基本假设,2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。,其频率为,EE3E2E1,1913发表论原子分子结构,E1 , E2 , E3 En （定态）,h,h,h,15, 253 玻尔氢原子理论,一、氢原子轨道半径：,由量子化条件及牛顿定律：,轨道量子化,r1,角动量量子化,库仑力=向心力,玻尔半径,速度量子化,其他的可能轨道：,n=1n=2n=3n=4,二、氢原子的能级：,电子在量子数为n的轨道上运动 时，原子系统总能量是：,将 r n ，Vn 代入上式，得：,E1 E2 E3 E4,基态能量,其它激发态：,能量是量子化的,三、氢原子光谱的理论解释,1、里德伯常数的理论值与 实验值符合得很好。,理论实验,2、解释分立的谱线。,3、解释谱线系。,四、玻尔理论的局限性,1、对稍复杂的原子光谱，定性、定量都不能解释。,2、对氢原子谱线的强度、 宽度、偏振等问题遇到难 以克服的困难。,能量守恒式,即,动量守恒式,即,附：康普顿散射公式的推导：,附：里德伯恒量理论值的计算,根据,令,这是什么？,得,而 实验值,广义的巴尔末公式！,符合得很好！,作业244、11257、9,
