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1、会计学1康普顿效应康普顿效应(xioyng)氢原子玻尔理论氢原子玻尔理论第一页，共30页。Light-matter interactionLow energy phenomena Photoelectric effectMid-energy phenomena Compton scatteringHigh energy phenomena Pair productionPhotoelectric effectCompton scatteringPair production第1页/共30页第二页，共30页。实验实验(shyn)(shyn)演示及实验演示及实验(shyn)(shyn)结论：结论：
2、三、康普顿散射(snsh)实验 在散射线中除有在散射线中除有 ，还，还 ，（）；）；与与 无关，但随散射角无关，但随散射角增大而增大。（相对强度）（相对强度）（散射波长）第2页/共30页第三页，共30页。1.1.定性定性(dng xng)(dng xng)解释解释 入射光子与介质表面（受原子束缚入射光子与介质表面（受原子束缚(shf)(shf)较弱的）电较弱的）电子碰撞为弹性碰撞，且电子在碰撞前可认为静止；子碰撞为弹性碰撞，且电子在碰撞前可认为静止；电子从入射光子处获得动能，形成电子从入射光子处获得动能，形成(xngchng)(xngchng)反冲电子，同时产生散射光子；反冲电子，同时产生散射
3、光子；全过程满足全过程满足能量守恒和动量守恒能量守恒和动量守恒，散射光子的频散射光子的频率小于入射光子的频率率小于入射光子的频率，波长变长波长变长；频率为频率为 的的X射线看成由一些能量为射线看成由一些能量为 的的光子光子组成；组成；四、光子说的解释 若入射光子与介质中（若入射光子与介质中（受原子束缚较强的受原子束缚较强的）电子）电子碰撞，电子动能不变，碰撞，电子动能不变，散射光子波长亦不变散射光子波长亦不变。第3页/共30页第四页，共30页。静止电子静止电子2.2.定量定量(dngling)(dngling)解释解释入射光子入射光子反冲电子反冲电子散射光子散射光子动量(dngling)守恒能
4、量守恒能量守恒四、光子(gungz)说的解释第4页/共30页第五页，共30页。2.2.定量定量(dngling)(dngling)解释解释 康普顿波长康普顿波长(bchng)康普顿公式康普顿公式(gngsh)3.3.物理意义物理意义 证明了光子假设、狭义相对论力学的正确性.微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.四、光子说的解释 对于波长较短的电磁波，康普顿效应显著.(1920年发现，1927年Nobel Prize)第5页/共30页第六页，共30页。例：例：波长波长 的的X射线与静止的自由射线与静止的自由电子作弹性碰撞电子作弹性碰撞,在与入射角成在与入射角成 角的方向上观察角的方向上
5、观察,（2）反冲电子得到多少动能？（1 1）散射波长的改变量）散射波长的改变量 为多少？为多少？（3）反冲电子的动量为多少？问：第6页/共30页第七页，共30页。154 氢原子的玻尔理论(lln)一、氢原子光谱的实验规律1.1.测量原子光谱的实验测量原子光谱的实验(shyn)(shyn)装置装置放电管摄谱仪第7页/共30页第八页，共30页。2.2.氢原子光谱氢原子光谱(gungp)(gungp)的实验规律的实验规律 氢原子光谱是彼此分立的线状光谱，每一条谱线具有氢原子光谱是彼此分立的线状光谱，每一条谱线具有确定的波长确定的波长(bchng)(bchng)（或频率）；（或频率）；一、氢原子光谱(
6、gungp)的实验规律1885 年 巴耳末为巴耳末系的系限波长！第8页/共30页第九页，共30页。莱曼系（莱曼系（19161916）紫紫 外外巴尔末系巴尔末系(1885)(1885)可见光可见光帕邢系帕邢系(1908)(1908)布拉开布拉开(l ki)(l ki)系系(1922)(1922)普丰德系普丰德系(1924)(1924)汉弗莱系汉弗莱系(1953)(1953)红红 外外一、氢原子光谱的实验(shyn)规律第9页/共30页第十页，共30页。2.2.氢原子光谱氢原子光谱(gungp)(gungp)的实验规律的实验规律 每一条光谱线的波数每一条光谱线的波数 可以表示为两项之差；可以表示为
7、两项之差；波数波数 里德伯常量(chngling)里得伯里得伯里兹里兹合并合并(hbng)原则原则一、氢原子光谱的实验规律第10页/共30页第十一页，共30页。氢原子光谱氢原子光谱(gungp)(gungp)的巴耳末系的巴耳末系一、氢原子光谱的实验(shyn)规律656.3 nm486.1 nm434.1 nm410.2 nm364.6 nm第11页/共30页第十二页，共30页。原子的内部结构 存在固有(gyu)的规律！原子光谱的谱线规律(gul)启示人们：第12页/共30页第十三页，共30页。二、原子结构模型(mxng)1.19031.1903年，汤姆孙（）提出原子的年，汤姆孙（）提出原子的
8、“葡萄干蛋糕葡萄干蛋糕(dngo)(dngo)模型模型”英国科学家英国科学家J.J J.J 汤姆孙于汤姆孙于18971897年发现了电子，被誉为年发现了电子，被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人(wirn)”(wirn)”，开辟了原子物理学的崭新研究领域。，开辟了原子物理学的崭新研究领域。径为径为 的球体范围内的球体范围内，电子浸于其中。电子浸于其中。1906 年因发现电子win Nobel prize in Physics.能使原子处于稳定状态；对电子数和原子量的理论结果与实验不符！原子中的正电荷和原子的质量均匀地分布在半第13页/共30页
9、第十四页，共30页。二、原子结构模型(mxng)2.19112.1911年，卢瑟福（年，卢瑟福（E.RufherfordE.Rufherford）的原子）的原子(yunz)(yunz)有核模型（行星模型）有核模型（行星模型）1908 年因发现(fxin)天然放射性获Nobel prize in Chemistry.1909 年，粒子散射实验 大多数粒子沿原方向或小角度散射方向运动；每8000个粒子中有一个散射角大于90 度甚至接近于180度。第14页/共30页第十五页，共30页。二、原子结构模型(mxng)原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集中了原子的全原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集
10、中了原子的全部质量，电子围绕部质量，电子围绕(wiro)(wiro)这个核旋转，核的尺寸与整个原这个核旋转，核的尺寸与整个原子相比是很小的子相比是很小的.2.19112.1911年，卢瑟福（年，卢瑟福（E.RufherfordE.Rufherford）的原子）的原子有核模型有核模型(mxng)(mxng)（行星模型（行星模型(mxng)(mxng)）第15页/共30页第十六页，共30页。3.3.经典理论经典理论(lln)(lln)的困难的困难 原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变(gibin)，发射光谱应是连续谱；随着原子总能量(nngling)减小，电子轨道半径
11、不断减少，最后落到原子核上，原子不稳定。二、原子结构模型与实验为线状谱矛盾！与实验为线状谱矛盾！与原子稳定矛盾！与原子稳定矛盾！第16页/共30页第十七页，共30页。三、玻尔的氢原子理论(lln)玻尔理论玻尔理论(lln)(lln)的三个假设（的三个假设（19131913）假设一假设一 电子在原子中，只能在一些特定的轨道上运动而不电子在原子中，只能在一些特定的轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于辐射电磁波，这时原子处于(chy)(chy)稳定状态（定态），并稳定状态（定态），并具有一定的能量具有一定的能量.等于等于 的的整数倍整数倍.主主量子数量子数假设三假设三 当原子从高能量当原子从高能量
12、 的定态的定态跃迁跃迁到低能量到低能量的定态时，要发射频率为 的光子.频率条件频率条件 定态假设定态假设 （角动量）量子化条件（角动量）量子化条件假设二 电子在稳定圆轨道上运动时，其角动量第17页/共30页第十八页，共30页。1.1.电子电子(dinz)(dinz)轨道半径轨道半径玻尔半径玻尔半径(bnjng)2.2.氢原子轨道氢原子轨道(gudo)(gudo)能级能级基态能量基态能量三、玻尔的氢原子理论 位置量子化位置量子化 能量量子化能量量子化第18页/共30页第十九页，共30页。氢原子能级图氢原子能级图说明说明(shumn(shumng)g)：（1）氢原子的能量是一系）氢原子的能量是一系
13、列分立列分立(fn l)的值的值能能级。级。基态基态(j ti)激激发发态态自自由由态态这一理论结论这一理论结论1914年由年由 弗弗兰克兰克赫兹赫兹实验实验 证实，证实，1925年获年获Nobel prize.三、玻尔的氢原子理论（2）由于 ，则为把电子从第一玻尔轨道为把电子从第一玻尔轨道移到无穷远处所需的能量移到无穷远处所需的能量值，称为值，称为电离能电离能。第19页/共30页第二十页，共30页。3.3.玻尔理论玻尔理论(lln)(lln)解释氢原子光谱解释氢原子光谱氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱系系莱曼系巴耳末系帕邢系布拉开系布拉开系（里德伯常量(chngling)）三、玻尔的
14、氢原子理论(lln)第20页/共30页第二十一页，共30页。四、玻尔理论的成就(chngji)与不足1.1.成就成就(chngji)(chngji)2.2.不足不足(bz)(bz)第一次从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱结构；第一次从理论上说明了氢原子和类氢原子的光谱结构；第一次指出经典理论不能完全适用于原子内部运动第一次指出经典理论不能完全适用于原子内部运动过程，揭示了微观体系特有的量子化规律（能量、位置，过程，揭示了微观体系特有的量子化规律（能量、位置，角动量），对量子力学理论的建立起了巨大的推动作用。角动量），对量子力学理论的建立起了巨大的推动作用。不能解释多电子原子的光谱结构；不能解
15、释多电子原子的光谱结构；对谱线的强度、宽度无能为力；对谱线的强度、宽度无能为力；既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，又赋予它们量既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，又赋予它们量子化特点，显得不够协调。子化特点，显得不够协调。1922 年获Nobel prize.第21页/共30页第二十二页，共30页。四、玻尔理论的成就(chngji)与不足第22页/共30页第二十三页，共30页。今日(jnr)作业1512，16，17，18第23页/共30页第二十四页，共30页。第24页/共30页第二十五页，共30页。瑞利散射蔚蓝(wiln)的天空第25页/共30页第二十六页，共30页。瑞利散射 夕阳(xy
16、ng)第26页/共30页第二十七页，共30页。乳胶乳胶(rjio)溶液中散射光在各个方向的波长与入射光几乎相同。溶液中散射光在各个方向的波长与入射光几乎相同。可见光的散射(snsh)廷德尔效应第27页/共30页第二十八页，共30页。拓展拓展(tu zhn)(tu zhn)：电子能谱：电子能谱能量关系可表示：能量关系可表示：原子的反冲能量电子(dinz)结合能电子(dinz)动能电子能谱是利用高能光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。根据激发源的不同，电子能谱又分为根据激发源的不同，电子能谱又分为:l lX X射线光电子能谱射线光电子能谱(简称简称 XPS)XPS)(X-
17、Ray Photoelectron Spectrometer)(X-Ray Photoelectron Spectrometer)l l紫外光电子能谱紫外光电子能谱(简称简称 UPS)UPS)(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)l l俄歇电子能谱俄歇电子能谱(简称简称 AES)AES)(Auger Electron Spectrometer)(Auger Electron Spectrometer)第28页/共30页第二十九页，共30页。X X射线光电子能谱射线光电子能谱(XPS)(XPS)(X-Ray Photoelectron Spectrometer)l 在X射线作用下，各种轨道电子都有可能从原子中激发(jf)成为光电子，由于各种原子、分子的轨道电子的结合能是一定的，因此可用来测定固体表面的电子结构和表面组分的化学成分。l 在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除H和He以外(ywi)所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。O 和 C 两条谱线的存在表明金属(jnsh)铝的表面已被部分氧化并受有机物的污染拓展：拓展：电子能谱电子能谱第29页/共30页第三十页，共30页。