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1、 15.3 康普顿效应康普顿效应 15.4 波尔的氢原子理论波尔的氢原子理论第15章 量子物理 00 一、实验规律一、实验规律15. 3 康普顿效应康普顿效应的增大而增大。的增大而增大。随散射角随散射角 X 光管光管光阑光阑散射物体散射物体探测器探测器 0散射线中有两种波长散射线中有两种波长 0 、 ，二、经典物理的解释二、经典物理的解释 经典理论只能说明波长不变的散射，而经典理论只能说明波长不变的散射，而不能不能说明说明康康普顿散射普顿散射。电子受电子受迫振动迫振动同频率同频率散射线散射线发射发射 单色单色电磁波电磁波说明说明受迫振动受迫振动 0照射照射散射物体散射物体三、光子理论解释三、光
2、子理论解释能量能量、动量守恒、动量守恒1. 入射光子与外层电子弹性碰撞入射光子与外层电子弹性碰撞 外层外层电子电子受原子核束缚较弱受原子核束缚较弱动能动能 光子能量光子能量 近似自由近似自由近似静止近似静止静止静止 自自由由 电子电子(1) 2. X 射线光子和原子内层电子相互作用射线光子和原子内层电子相互作用光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。原子自由自由电子电子 0 00内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞 ；所以，波长改变量所以，波长改变量康普顿波长康普顿波长光子光
3、子内层电子内层电子外层电子外层电子波长变大的散射线波长变大的散射线波长不变的散射线波长不变的散射线说明说明(2) 波长波长 0 轻物质（多数电子处于弱束缚状态轻物质（多数电子处于弱束缚状态 ）弱弱强强重物质（多数电子处于强束缚状态重物质（多数电子处于强束缚状态 ）强强弱弱吴吴有有训训实实验验结结果果例例0 = 0.02 nm 的的X射线与静止的自由电子碰撞射线与静止的自由电子碰撞, 若从与入射线若从与入射线 成成900的方向观察散射线。的方向观察散射线。解解能量守恒，反冲电子动能等于光子能量之差能量守恒，反冲电子动能等于光子能量之差动量守恒动量守恒根据动能、动量关系根据动能、动量关系，波长为，
4、波长为求求 散射线的波长散射线的波长一、氢原子光谱实验规律一、氢原子光谱实验规律记录光谱原理示意图记录光谱原理示意图15.4 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论氢氢放放电电管管23 kV光阑光阑全息干板全息干板 三棱镜三棱镜 （或光栅）（或光栅）光光 源源氢光谱的里德伯常量氢光谱的里德伯常量 k = 2 (n = 3, 4, 5, ) 谱线系谱线系 巴耳末系（巴耳末系（1908年）年）(2)谱线的波数可表示为两项之差谱线的波数可表示为两项之差(3) k = 1 (n = 2, 3, 4, ) 谱线系谱线系 赖曼系（赖曼系（1880年）年）(1) 分立线状光谱分立线状光谱氢原子的巴耳末线系照片氢原
5、子的巴耳末线系照片二、玻尔氢原子理论二、玻尔氢原子理论原子从一个定态跃迁到另一定态，原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，其频率会发射或吸收一个光子，其频率稳稳定定状状态态 定态的能量不连续定态的能量不连续 不辐射电磁波不辐射电磁波 电子作圆周运动电子作圆周运动v2. 跃迁假设跃迁假设1. 定态假设定态假设r向心力是库仑力向心力是库仑力 由上两式得由上两式得, , 第第 n 个定态的轨道半径为个定态的轨道半径为 r3=9r13. 角动量量子化假设角动量量子化假设 电子能量电子能量-13.6 e V轨道角动量轨道角动量玻尔半径玻尔半径r2=4r1r1En ( e V)氢氢原原子子能
6、能级级图图莱曼系莱曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系-13.6-1.51-3.390光频光频n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6波数波数 ( 波长的倒数波长的倒数 )当时实验测得当时实验测得其中计算得到其中计算得到里德伯里德伯 - 里兹并合原则里兹并合原则(1896年年)卢瑟福原子的有核模型卢瑟福原子的有核模型（1911年）年）普朗克量子假设普朗克量子假设（1900年）年）玻尔玻尔氢原子理论氢原子理论(1913年）年） ! ! 成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来。成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来。! ! 局限性：不能处理复杂原子的问题，根源在于对微观局限性：不能处理复杂原子的问题，根源在于对微观 粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念 . . 说说说说 明明明明
