普朗克效应.ppt
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1、第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础普朗克普朗克能量子假设能量子假设:腔壁中带电谐振子的能量以及它们腔壁中带电谐振子的能量以及它们吸收或辐射的能量都是量子化的吸收或辐射的能量都是量子化的;吸收吸收前或辐射后的能量分布类似于波。前或辐射后的能量分布类似于波。爱因斯坦提出爱因斯坦提出光子假说光子假说:一束光就是一束以光速运动的粒子一束光就是一束以光速运动的粒子流,这些粒子称为光子。频率为流,这些粒子称为光子。频率为 的的光的每一光子具有能量光的每一光子具有能量h第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论
2、和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础一、一、康普顿实验康普顿实验18-3 康普顿效应康普顿效应F1923年美国物理学家康普顿研究年美国物理学家康普顿研究X射线射线通过物质时的散射现象发现:通过物质时的散射现象发现:散射线中散射线中除了有与入射波长除了有与入射波长 0 0相同的射线外,还相同的射线外,还有有0的射线的射线F康普顿康普顿1927年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖-康普顿效应康普顿效应18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子
3、论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础 探测器探测器石墨石墨光阑光阑入入入入射射射射光光光光散射光散射光X 射射线管线管实验装置实验装置康普顿康普顿效应效应18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础 实验结果实验结果:(1)=-0随散射角随散射角 增增大而增大大而增大,与与0及散射及散射物质无关物质无关(2)增大,原波长谱线强增大,原波长谱线强度下降,新波长谱线强度下降,新波长谱线强度增大度增大18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康
4、普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础(3)对轻元素对轻元素,新波长,新波长的谱线强度较强;对的谱线强度较强;对重元素,新波长的谱重元素,新波长的谱线强度较弱线强度较弱18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础 经典波动理论:经典波动理论:光作用光作用带电粒子作同频受迫振动带电粒子作同频受迫振动辐射同频光波辐射同频光波(散射光散射光)波长不变波长不变
5、(1)光子与自由或束缚较弱电子的碰撞光子与自由或束缚较弱电子的碰撞光子理论:光子理论:光子的一部分能量传给电子,则散射光子的一部分能量传给电子,则散射光子能量小于入射光子光子能量小于入射光子二、光子理论的解释二、光子理论的解释或或即即18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础(2)与束缚很紧的电子与束缚很紧的电子碰撞:碰撞:(3)轻原子轻原子中电子束缚较弱,中电子束缚较弱,重原子重原子中电中电子束缚较紧,所以原子量小的物质,子束缚较紧,所以原子量小
6、的物质,康普顿效应较强,反之则相反康普顿效应较强,反之则相反光子与整个原子作弹性碰撞,而原子质光子与整个原子作弹性碰撞,而原子质量比光子大的多,所以光子不会显著失量比光子大的多,所以光子不会显著失去能量,即有去能量,即有=0或或=018-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础三、三、理论推导理论推导F光子与静止自由电子光子与静止自由电子碰撞:碰撞:前前光子:光子:能量能量动量动量电子:电子:后后光子:光子:电子:电子:18-3 18-3 康普顿效应康
7、普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础动量守恒动量守恒x方向方向y方向方向消去消去,(1)能量守恒能量守恒18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础平方平方(2)(2)-(1)18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量
8、子力学基础早期量子论和量子力学基础两边同除以两边同除以或或-电子的电子的康普顿波康普顿波长长其中其中-仅与仅与 相相关关18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础例例4波长为波长为1.00埃的埃的X 射线在碳块上散射线在碳块上散射。我们从与入射的射。我们从与入射的X 射线束成射线束成900的方的方向去看这个散射的辐射。问向去看这个散射的辐射。问(1)康普顿移康普顿移动动有多大?有多大?(2)分配给这个反冲电子的分配给这个反冲电子的动能有多大?动能有
9、多大?解:解:(1)-与原波长无关与原波长无关F康普顿散射的一个重要特点康普顿散射的一个重要特点18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础(2)令令Ek表示电子的动能,则根据能量守表示电子的动能,则根据能量守恒,有恒,有18-3 18-3 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应,我们得到上式可化为第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础一、一、氢原子光谱的实
10、验规律氢原子光谱的实验规律18-4 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论65636563A A48614861A A43414341A A41024102A A3646A118-48-4 氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础F1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示年瑞士的巴耳末用经验公式表示出前四条可见光谱:出前四条可见光谱:用波数用波数(波长的倒数波长的倒数)表示:表示:-巴耳末公
11、式巴耳末公式118-48-4 氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础 F1889年瑞典的里德伯提出普遍方程年瑞典的里德伯提出普遍方程R=1.096776107m-1-里德伯公式里德伯公式-里德伯常量里德伯常量的整数的整数F不同的不同的 k 对应对应不同的谱系不同的谱系;当;当 k 一定一定时,每一时,每一 n 值值对应于对应于一条谱线一条谱线118-48-4 氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的
12、氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础(1)k=1,n=2,3,莱曼系莱曼系,紫外区紫外区(2)k=2,n=3,4,巴尔末系巴尔末系(3)k=3,n=4,5,帕邢系帕邢系,红外区红外区(4)k=4,n=5,6,布拉开系布拉开系,红外区红外区(5)k=5,n=6,7,普芳德系普芳德系,红外区红外区(6)k=6,n=7,8,哈菲莱系哈菲莱系,红外区红外区118-48-4 氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理
13、论氢原子光谱玻尔的氢原子理论第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础 F1890年年里里德德伯伯,里里兹兹等等人人发发现现碱碱金金属属原原子光谱有类似的规律子光谱有类似的规律F里兹并合原理反映了原子的内在规律里兹并合原理反映了原子的内在规律-里兹并合原理里兹并合原理118-48-4 氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢原子光谱玻尔的氢原子理论第十八章第十八章第十八章第十八章 早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子力学基础早期量子论和量子
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