3康普顿应4氢原子玻尔理论yyppt课件

1、石墨对石墨对X X射线的散射射线的散射Compton effect 1923年，美国物理学家康普顿研究了X射线经物质散射的实验。康普顿效应全面验证了爱因斯坦的光子概念。 光阑光阑X 射线管射线管X 射线谱仪射线谱仪 0散射光散射光, ,0 0 石墨体石墨体(散射物质散射物质) 在在X X射线通过物质散射时，散射射线通过物质散射时，散射线中除有与入射线波长相同的射线线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线。外，还有比入射线波长更长的射线。这种散射光波长变长的散射称为康这种散射光波长变长的散射称为康普顿效应或康普顿散射。普顿效应或康普顿散射。散射散射x x射线的波长中有两个峰值

2、，射线的波长中有两个峰值，00波长的改变量波长的改变量0-仅与散射角仅与散射角 有关，与散射物质、有关，与散射物质、入射波长无关。入射波长无关。135 45 90)(相对强度I0 0入射线原子序数小的物质，康普顿效应明显。原子序数小的物质，康普顿效应明显。原子序数大的物质，康普顿效应不明显。原子序数大的物质，康普顿效应不明显。X-ray0康普顿散射的强度与散射物质康普顿散射的强度与散射物质有关有关 光子与实物粒子一样能与电子发生碰撞。光电效应：光子与自由电子发生完全非弹性碰撞。光电效应：光子与自由电子发生完全非弹性碰撞。康普顿效应：光子与电子发生弹性碰撞。康普顿效应：光子与电子发生弹性碰撞。）

3、与内层紧束缚电子碰撞：）与内层紧束缚电子碰撞：a.a.可看作光子与整个原子的碰撞可看作光子与整个原子的碰撞b.b.光子能量不变，故光子能量不变，故=0=0，但方向改变，但方向改变）与外层弱束缚电子碰撞：）与外层弱束缚电子碰撞：a.a.飞出反冲电子，带走一部分能量飞出反冲电子，带走一部分能量b.b.光子的能量减小。光子的能量减小。 hv hv0 ,hv00 ）原子序数小的物质，几乎所有电子出于弱束缚）原子序数小的物质，几乎所有电子出于弱束缚状态，所以康普顿效应明显。原子序数大的物质，原状态，所以康普顿效应明显。原子序数大的物质，原子中大多数内层电子受到原子核的束缚较紧，康普顿子中大多数内层电子受

4、到原子核的束缚较紧，康普顿效应不明显。效应不明显。 ）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，故波长的改变量与散射角有关。故波长的改变量与散射角有关。 假设光子与电子发生完全弹性碰撞。假设光子与电子发生完全弹性碰撞。000echPechP反冲电子反冲电子弱束缚电子弱束缚电子初态弱束缚电子可看作是静止的孤立电子初态弱束缚电子可看作是静止的孤立电子, , 质量为质量为m0 m0 ，末态反冲电子质量为末态反冲电子质量为mm，速度，速度光子光子mPe散射光子散射光子碰撞过程能量守恒碰撞过程能量守恒EE00P P0P PeP P动量守恒动量守恒ePPP0cos202

5、202PPPPPe000echPechPmPe2200mchvcmhv)cos1 (00cmhcos1cos10ccmh令令m1043. 2120cmhc为康普顿波长为康普顿波长康普顿散射公式康普顿散射公式将将 代入两式，得代入两式，得2201cmm 散射波长改变量散射波长改变量 的数量级为的数量级为 10-12m10-12m，对于可见光波长对于可见光波长 10-7m10-7m，Ef Ei Ef 原子发射光子。原子发射光子。当当 Ei Ef Ei 1 n1 2122EEeV4 .32133EEeV51.12144EEeV85.0赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系eV6 .

6、131neV40.32neV51.13neV85.04n0En氢原子能级和能级跃迁图：氢原子能级和能级跃迁图：由能级算出的光谱线频率由能级算出的光谱线频率和实验结果完全一致！和实验结果完全一致！氢原子的电离能氢原子的电离能,时时当当n,nr0E原子被电离后，电子成为自由电子自由态，不原子被电离后，电子成为自由电子自由态，不受原子核束缚。受原子核束缚。电离能：把电子从氢原子第一玻尔轨道移到电离能：把电子从氢原子第一玻尔轨道移到无穷远所需能量。无穷远所需能量。1EEEeV6 .13由玻尔假设电子从高能态跳到低能态发射单色光频率：由玻尔假设电子从高能态跳到低能态发射单色光频率：)(1fiEEh原子辐

7、射单色光波数原子辐射单色光波数)(1fiEEch由由2204281hmenEn223204118ifchemec那那么么223204118ifcheme2211nkRchemRe3204817m10097.1与广义巴尔末公式与广义巴尔末公式比较比较 这一数值与实验测得结果符合很好。为此，玻这一数值与实验测得结果符合很好。为此，玻尔于尔于19221922年年1212月月1010日诺贝尔诞生日诺贝尔诞生100100周年之际，获诺周年之际，获诺贝尔物理学奖。贝尔物理学奖。里德伯里德伯常数常数 意义：玻尔理论成功地揭示了原子的稳定性、大小及意义：玻尔理论成功地揭示了原子的稳定性、大小及氢原子光谱的规律

8、性，为人们认识微观世界和建立量子氢原子光谱的规律性，为人们认识微观世界和建立量子理论打下了基础。玻尔理论中的定态、量子化、跃迁等理论打下了基础。玻尔理论中的定态、量子化、跃迁等概念现在仍然有效，它对量子力学发展很大贡献。概念现在仍然有效，它对量子力学发展很大贡献。 玻尔由于研究原子结构和原子辐射的贡献，荣获玻尔由于研究原子结构和原子辐射的贡献，荣获19221922年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。但玻尔理论有以下缺陷：但玻尔理论有以下缺陷： 它是经典理论与量子理论的混合物，沿用了粒子它是经典理论与量子理论的混合物，沿用了粒子轨道的概念，又人为地引入了量子化条件。轨道的概念，又人为地引入了量子

9、化条件。 无法处理原子的谱线强度、宽度、偏振及精细结构无法处理原子的谱线强度、宽度、偏振及精细结构和复杂原子的光谱结构即使是类氢原子和和复杂原子的光谱结构即使是类氢原子和HeHe）。）。例例1 1：计算氢原子基态电子的轨道角动量、线速：计算氢原子基态电子的轨道角动量、线速度。度。解：解： 基态基态 n = 1n = 121hnLsJ10055.134210634. 634111rmLe10313410529.01011.910055.1m/s1019.26例例2 2：用：用 12.6eV 12.6eV 的电子轰击基态原子，这些原的电子轰击基态原子，这些原子所能达到最高态。子所能达到最高态。解：如果氢原子吸收电子全部能量解：如果氢原子吸收电子全部能量, , 则它所具有能量则它所具有能量6 .121EE6