电磁辐射的量子性.ppt

二.描述热辐射的物理量 二. 黑体辐射的实验规律 讨论： (外)光电效应：金属在光照射下发射电子的现象 ?饱和电流与入射光强成正比 二.光波动理论的缺陷 一.康普顿效应 实验结论： ?与束缚很紧的电子碰撞： 一.氢原子光谱的实验规律 1889年里德伯提出一个普遍方程 k=1,n=2,3,… 莱曼系,紫外区 k=2,n=3,4,… 巴尔末系 k=3,n=4,5,… 帕邢系,红外区 k=4,n=5,6,… 布拉开系,红外区 k=5,n=6,7,… 普芳德系，红外区 k=6,n=7,8,… 哈菲莱系,红外区 (3)量子化条件:电子在稳定轨道上运动时，其轨道角动量L=mvr必须=h/2?的整数倍，即 5.里德伯公式的推导 从高En?低Ek时，发光频率： ?轻原子中电子束缚较弱，重原子中电子束缚较紧， ? m原子小的物质，康普顿效应明显，反之则相反 相当于光子与整个原子弹性碰撞， 而m原子 m光子，?光子不会显著失去能量，即有?=?0或?=?0 三.理论推导 光子与静止自由电子碰撞： 碰前 光子： 能量 动量 电子： 碰后 光子： 电子： 动量守恒 x方向 y方向 消去? ?(1) 能量守恒 平方 ?(2) (2)-(1) 由能量守恒得 两边同除 或 ----电子的康普顿波长 其中 ----仅与? 相关 [例4]单色 x 射线被电子散射而改变波长。问?波长的改变量与原波长有没有关系？ ?光子能量的改变值与光子原来能量有没有关系？ 解：? ----与原波长无关 康普顿散射的一个重要特点 ?光子能量改变量(光子损失的能量) 由 有 ----入射光子能量(h?0)越大，散射损失能量越大 ?(h?)也是电子获得的反冲动能 6563A 4861A 4341A 4102A 3646A §2-4 玻尔的氢原子理论 线状结构----谱线 1885年巴耳末总结出四条可见光谱满足： 用波数(波长的倒数)表示： ----巴耳末公式 R=1.096776?107m-1 ----里德伯公式 ----里德伯常量 不同k对应不同谱系； -13.6 -3.39 -1.51 0 En/eV -0.85 1.原子“核”模型：原子是由带正电的原子核和 核外作轨道运动的电子组成 二.玻尔的氢原子理论 卢瑟福 2.“核”模型的困难 (1)原子的稳定性 (2)原子光谱的分立性 电子绕核转动具有加速度 ?发射电磁波 ?能量减少 ?作螺旋运动 ?落入原子核 ?不稳定 发射电磁波的频率等于电子绕核转动的频率 ?电子作螺旋运动的频率连续变化 ?光谱为连续光谱 与“线状”光谱矛盾 3.玻尔假设 玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的线状结构，假设： (1)定态假设：原子能处在一系列具有不连续能量的稳定状态(定态)。定态时核外电子在一定的轨道上作圆周运动，但不发射电磁波 (2)频率条件:当原子从定态En?定态Ek时，就发射或吸收一频率为 ?kn的光子 EnEk---发射光子 EnEk---吸收光子 ----约化普朗克常数 ----量子数 玻尔因对原子结构和原子放射性的研究获1922年诺贝尔物理学奖 4.氢原子轨道半径和能量的计算 (1)轨道半径 由牛顿定律、库仑定律： 而 可得： ----量子化 n=1时， r1=0.529?10-10 m ----玻尔半径 由 ? ----量子化 --能级 (2)能量 氢原子的能量：电势能+电子动能 ----基态能 讨论： 时： (1) 原子最稳定 时： (2) 激发态 (3) 时： 能级?连续，原子?电离 (4)电离状态时，E0，并可连续变化 基态氢原子的电离能=13.6eV 电子轨道 能级 基态 激发态 * * 电磁辐射的量子性 一. 热辐射 -- 任何物体，在任何温度下都会向外辐射各种波长的电磁波，电磁波的强度随波长的分布与物体的温度有关. §2-1 热辐射 定义：单位面积、单位时间内，在单位波长范围内所辐射的电磁波能量 意义：反映不同温度下物体的辐射能按波长分布的情况 1.单色辐出度M? (T) 2.辐出度 M(T) 定义：单位时间、单位面积上所辐射的各种波长的总辐射能，即 通常情况下，物体对照射到其表面的电磁波有反射、吸收. 3. 黑体 吸收 反射 黑体:在任何温度下对任何波长照射到其表面的电磁波都能全部吸收的物体. ----理想模型. 外壳 热电偶 保温层 加热线圈 腔体 腔芯 热屏蔽套管 ? M ?(T)随?连续变化. 每一 M ?(T)曲线有一峰值. ? M ?(T) 曲线的高度随温度T的增大迅速增大. ? ?m 随T的增加线性减小. 定量关系： (1)斯特藩-玻耳兹曼定律 ? =5.67?10-8 W/m2·K4 --斯特藩常数 (2)维恩位移定律