高二物理竞赛：康普顿效应和波尔的氢原子理论课件

1二、康普顿效应1922—1923年,康普顿(Compton)研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后X光的成分.发现除了有与原X射线相同波长的成分外，还有波长较长的成分，这种现象称为或康普顿效应。1.康普顿散射实验j+

光阑X

射线管探测器X

射线谱仪晶体0散射波长,0

石墨体(散射物质)02实验规律=00=450=900I=13500(1)散射X射线中除原波长0外，出现了波长>0的新散射波。(2)△=-0

,新波长随散射角的的增大而增大。(3)不同元素的散射物质，在同一散射角下波长改变△相同,波长为的散射光强度随散射物原子序数的增加而减小.32.康普顿效应的光量子解释

经典电磁理论难解释为什么有≠0的散射康普顿的解释:

入射X射线为一束光子,光子与散射物质中的低能自由电子发生弹性碰撞,碰撞过程中能量与动量守恒。当光子和原子外层电子碰撞，光子的一部分能量传给电子,光子的能量减少，频率变低,因此波长变长。若光子和内层电子相碰撞时，光子相当于和整个大质量原子作弹性碰撞，碰撞前后光子能量几乎不变，故波长有不变的成分。因为光子和原子外层“自由电子”碰撞，原子核的影响可忽略，碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，因而波长改变只与散射角有关。4康普顿效应的定量分析e能量守恒：动量守恒：康普顿散射公式5电子的康普顿波长c=0.0243Å

康普顿散射实验的意义(1)有力地支持了“光量子”概念。也证实了普朗克假设

=h。(2)首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设。(3)证实了在微观的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。6§12.3玻尔的氢原子理论一.氢原子光谱的实验规律氢原子可见光谱图6562.8H4101.7H4861.3H4340.5H

1853年,瑞典人埃格斯特朗（A.J.Ångström）测得氢可见光光谱的红线，单位Å由此得来。1885年，巴耳末(J.J.Balmer)分析这些谱线后，得到一经验公式：n=3,4,5,…7当n→∞时，B=3645.6Å为一恒量1890年，里德伯(J.R.Rydberg)

用波数表示n=3,4,5,…RH称为里德伯常数赖曼系(紫外部份)n=2,3,…巴耳末系(可见光)n=3,4,…帕邢系(红外部份)n=4,5,…布喇开系(远红外)n=5,6,…8普芳德系(远红外)n=5,6,…广义巴耳末公式k=1,2,…n=k+1,k+2,k+3,…

各谱线的波数(或频率)都可以用两个正整数k和n的函数之差来表示：称光谱项9二.玻尔的氢原子理论按经典的电磁理论无法解释原子的稳定性无法解释原子光谱的不连续性1913年,丹麦物理学家玻尔正式发表了氢原子理论1.定态假设原子系统只能处于一系列不连续的能量状态，这些状态为原子的稳定状态，简称定态.原子中处于定态的电子虽然绕核运动，但不辐射能量，定态的能量分别为E1，E2，E3，….2.频率假设当原子从一个具有较高能量En的定态跃迁到另一个具有较低能量Ek的定态时，原子辐射一个光子，光子的频率满足En－Ek＝hv103.轨道角动量量子化假设轨道量子化条件n为正整数，称为量子数原子从较低能量Ek的定态向较大能量En的定态跃迁时，吸收一个光子

11玻尔假设应用于氢原子

轨道半径量子化第一玻尔轨道半径能量量子化和原子能级12基态能级激发态能级氢原子的电离能氢原子光谱氢原子发光机制是能级间的跃迁实验值RH＝1.0967758107m－113因此能量也可写成氢原子光谱中的不同谱线6562.794861.334340.474101.7418.7540.50赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系连续区0En1215.681025.83972.54-0.85-1.51-3.39-13.6∞n=1n=2n=314例试计算氢原子中巴耳末系的最短波长和最长波长各是多少？解：根据巴耳末系的波长公式，其最长波长应是n=3n=2跃迁的光子，即最短波长应是n=n=2跃迁的光子，即15例（1）将一个氢原子从基态激发到n=4的激发态需要多少能量？（2）处于n=4的激发态的氢原子可发出多少条谱线？其中多少条可见光谱线，其光波波长各多少？解：(1)(2)在某一瞬时，一个氢原子只能发射与某一谱线相应的一定频率的一个光子，在一段时间内可以发出的谱线跃迁如图所示，共有6条谱线。16

由图可知，可见光的谱线为n=4和n=3跃迁到n=2的两条17三、玻尔理论的成功和局限性.

玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，对类氢离子(如He＋、Li2＋、Be3＋…等)的光谱也能很好地说明.1.对于复杂原子(多电子原子，如He、Li等)光谱，玻尔理论无法定量处理，不能解释谱线的强度、宽度、偏振等问题.2.

把电子看作是