大学物理量子物理2ppt课件.ppt

1、 当光照射到尺度远小于其波长的物体上，光就会向各个方向散开，这种现象称为光的散射散射。e入射光入射光发射同频率次级电磁波发射同频率次级电磁波 在19221923年间，康普顿在用 X 射线作光散射实验时，发现：X 射线被散射后，除部分波长没有改变外，还有部分波长变长，这种现象称为康普顿效应（康普顿散射）。石墨体石墨体光源光源X射线谱仪射线谱仪散射光散射光晶晶体体 改变改变 X 射线谱仪的方位，可以测得不射线谱仪的方位，可以测得不同角度散射的同角度散射的 X 射线波长和强度。射线波长和强度。（1）不同散射角的）不同散射角的 X 射线波长和强度射线波长和强度0004509001350相对强度相对强度

2、（2）相同散射角）相同散射角下不同元素的散射下不同元素的散射情况情况相对强度相对强度0Si14S18K10Ca20Cr24Fe28Ni28Cu20入射光子入射光子反冲电子反冲电子散射光子散射光子hhvm吸收部分能量吸收部分能量能量减少，波长变长能量减少，波长变长入射光子入射光子反冲电子反冲电子散射光子散射光子hhvm碰撞前：碰撞前：hchhch20cm022201cvcm2201cvvm碰撞后：碰撞后：由能量守恒：由动量守恒：化简得所以康普顿波长康普顿波长由康普顿散射公式得波长改变量的数量级为解释：解释：例一例一 在康普顿效应中，入射光子的波长为 ，反冲电子的速度为光速的 60%。求散射光子的

3、波长及散射角。nm3103解：解：由能量守恒：因为所以得由康普顿散射公式得 例二例二 在康普顿效应中，如果电子的散射方向与入射光子方向之间的夹角为，试证明电子的动能为ePchch由相对论将（2）代入（1），消去 E 得ePchch动量守恒：能量守恒：得，消去代入将45 得代入将63 得消去、由eP73 玻尔玻尔（Niels Hendrick David Bohr，18851962）丹麦理论物理学家。现代物理学创始人之一。他提出氢原子的模型和理论，提出对应原理。他是原子核的液滴模型和核裂变理论的创立者之一。1913年，玻尔将量子概念应用于微观系统，提出原子结构模型，成功地计算氢原子光谱，并预言了

4、新光谱线。1893年，英国物理学家汤姆逊汤姆逊（J.J.Thomson）首先发现电子，并于1897年在英国卡文迪许实验室测定了比荷（em），为此于1906年获诺贝尔物理奖。电子的电量由美国物理学家密立根密立根于1909年测定（密立根油滴实验），并于1923年获诺贝尔物理奖。电子的质量仅为氢原子质量的12000。-1903年汤姆逊提出：年汤姆逊提出：正电部分和原子质量均匀分布在半径为 的球体内，弹性、冻胶状的负电荷嵌在（浸于）此球内，电子在平衡位置作桨谐振动而发射同频率的电磁波。m1010正电荷部分正电荷部分负电荷负电荷（1）粒子散射实验粒子散射实验 19011911年，盖革和马斯顿进行了一系列

5、粒子散射实验。RSFTPO放射源放射源（镭）（镭）粒子束粒子束小小孔孔金属箔金属箔荧荧光光屏屏显显微微镜镜粒子探测器粒子探测器（2）实验结果）实验结果（3）原子的核模型（原子的行星模型）原子的核模型（原子的行星模型）1911年卢瑟福提出：原子中带正电的部分集中了原子绝大部分这里质量，并分布在一个极小区域内（称为原子核），而电子在它的周围运动，好象行星绕太阳一样。103006009001200150018010210310410510610710粒子散射相对数粒子散射相对数散射角（散射角（）原子核原子核电子电子（4）氢原子经典核模型的困难）氢原子经典核模型的困难veereFr+核核电子电子e（一

6、）原子特征光谱（一）原子特征光谱 从氢气放电管中获得氢原子光谱，通过光谱仪观察发现：氢原子光谱为线状光谱。巴尔末系（可见光）：波数波数里德伯和里兹发现普遍公式：1916年赖曼系（m=1）：巴尔末系（m=2）：1908年帕邢系（m=3）：1922年布喇开系（m=4）：1924年普芳德系（m=5）：（二）原子特征光谱的规律（二）原子特征光谱的规律（1）线状、分立（2）同一公式（3）两项之差 1913年玻尔在卢瑟福核式模型的基础上，结合普朗克、爱因斯坦能量量子化，提出氢原子模型。假设：假设：（1）电子在原子中沿一组特殊轨道运动，并处于稳定状态。电子绕核作加速运动时，不随意吸收和发射辐射，称为定态定态

7、。相应的能量为，21EE （2）当一个电子以某种方式从一个定态向另一个定态跃迁时，原子就会吸收或发射光子。由爱因斯坦光子假设nEmE与经典理论不同：（1）为光子频率而不是电子振动频率线光谱。为分立为分立值，所以、）（mnEE2 （3）电子运动轨道为圆形轨道，电子在轨道上运动时的角动量为 的整数倍，即角动量是量子化的：2hhh由经典力学：由角动量量子化假设：（1）=（2）得则将（2）代入 v 得所以电子能量为58.1339.351.158.054.038.0123456巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普芳德系普芳德系赖曼系赖曼系与里德伯公式比较：得理论值实验值为修正：修正：M 2000 m，应该考虑核的运动。，应该考虑核的运动。1914年，推广量子化条件：适用于多自由度，适用于多自由度，也可解释类氢原子也可解释类氢原子光谱。光谱。（1）仅限于材料氢和类氢原子（2）不能求出光谱线的强度例一例一 试用量子化条件求谐振子的能量。解：解：设谐振子振幅为 a，则位移为动量为能量为由索末菲量子化条件：所以即由量子力学 例二例二 试用量子化条件求限制在箱中运动的粒子的能量，箱的长宽高分别为 a，b，c。解：解：设粒子的质量为 m，其沿 x，y，z 方向的动量为由索末菲广义量子化条件：Oxzyabc得即同理得所以