康普顿效应效应和波尔氢原子理论

,15.3 康普顿效应,15.4 波尔的氢原子理论,第15章 量子物理,0,0,一、实验规律,15. 3,康普顿效应,的增大而增大。,随散射角,X 光管,光阑,散射物体,探测器,0,散射线中有两种波长,0,、,，,二、经典物理的解释,经典理论只能说明波长不变的散射，而,不能,说明,康普顿散射,。,电子受迫振动,同频率散射线,发射,单色电磁波,说明,受迫振动,0,照射,散射物体,三、光子理论解释,能量,、动量守恒,1. 入射光子与外层电子弹性碰撞,外层,电子,受原子核束缚较弱,动能,光子能量,近似自由,近似静止,静止 自由 电子,(1),2. X 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。,原子,自由电子,0,0,0,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,康普顿波长,光子,内层电子,外层电子,波长变大的散射线,波长不变的散射线,说明,(2),波长,0,轻物质（多数电子处于弱束缚状态 ）,弱,强,重物质（多数电子处于强束缚状态 ）,强,弱,吴有训实验结果,例,0,= 0.02 nm,的X射线与静止的自由电子碰撞, 若从与入射线,成90,0,的方向观察散射线。,解,能量守恒，反冲电子动能等于光子能量之差,动量守恒,根据动能、动量关系,，波长为,求,散射线的波长,一、氢原子光谱实验规律,记录光谱原理示意图,15.4,玻尔的氢原子理论,氢放电管,23 kV,光阑,全息干板,三棱镜,（或光栅）,光,源,氢光谱的里德伯常量,k,= 2 (,n,= 3, 4, 5, ),谱线系 巴耳末系（1908年）,(2)谱线的波数可表示为两项之差,(3),k,= 1 (,n,= 2, 3, 4, ),谱线系 赖曼系（1880年）,(1) 分立线状光谱,氢原子的巴耳末线系照片,二、玻尔氢原子理论,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,稳定状态,定态的能量不连续,不辐射电磁波,电子作圆周运动,v,2. 跃迁假设,1. 定态假设,r,向心力是库仑力,由上两式得, 第,n,个定态的轨道半径为,r,3,=9,r,1,3. 角动量量子化假设,电子能量,-13.6 e,V,轨道角动量,玻尔半径,r,2,=4,r,1,r,1,E,n,(,e,V),氢原子能级图,莱曼系,巴耳末系,帕邢系,布拉开系,-13.6,-1.51,-3.39,0,光频,n,= 1,n,= 2,n,= 3,n,= 4,n,= 5,n,= 6,波数 ( 波长的倒数 ),当时实验测得,其中计算得到,里德伯 - 里兹并合原则,(1896年),卢瑟福原子的有核模型,（1911年）,普朗克量子假设,（1900年）,玻尔,氢原子理论,(1913年）,!,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,粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念,.,说 明,