大学物理课件：早期量子论

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1、 第第 六六 篇篇 量子物理学量子物理学 到现在为止，已经学过力学、电磁学（光学）、热到现在为止，已经学过力学、电磁学（光学）、热学，这些都是经典物理范畴。学，这些都是经典物理范畴。经典物理是从经典物理是从17世纪到世纪到19世纪末，完成的物理学理世纪末，完成的物理学理论体系包括三大理论支柱：论体系包括三大理论支柱：牛顿力学；热力学统计物理；麦克斯韦电磁理论牛顿力学；热力学统计物理；麦克斯韦电磁理论 经典物理的成就极大地推动了当时的科技发展，也经典物理的成就极大地推动了当时的科技发展，也几乎能解释当时出现的全部的物理现象。有人认为：几乎能解释当时出现的全部的物理现象。有人认为：“物理学规律已经

2、全部发现了物理学规律已经全部发现了”“”“科学已经终科学已经终结结”“后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了了”。1899年除夕，开尔文（爱尔兰人即汤姆逊）在欧年除夕，开尔文（爱尔兰人即汤姆逊）在欧洲著名科学家新年聚会的贺词中说：洲著名科学家新年聚会的贺词中说：“19世纪已将物理学大厦全部建成，今后的任务就世纪已将物理学大厦全部建成，今后的任务就是修缮这座大厦了是修缮这座大厦了”，同时指出：，同时指出：“在物理学晴朗天空在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云”。”两朵乌两朵乌云云“指当时无法解释的两个

3、实验现象指当时无法解释的两个实验现象“迈克尔逊迈克尔逊-莫莫雷实验雷实验”(“以太以太”0漂移）和漂移）和“黑体辐射实验黑体辐射实验”。正是这两朵小小的正是这两朵小小的“乌云乌云”导致了物理学史上的导致了物理学史上的一场巨大的革命，从而产生了近代物理。一场巨大的革命，从而产生了近代物理。而而20世纪初的世纪初的3个重大发现（个重大发现（x射线、放射性、电射线、放射性、电子的发现子的发现），揭开了近代物理序幕，为人们深入到物），揭开了近代物理序幕，为人们深入到物质的微观领域奠定了基础（质的微观领域奠定了基础（x射线的发现使人们认识射线的发现使人们认识到原子可分，放射性的发现使人们认识到原子核可到

4、原子可分，放射性的发现使人们认识到原子核可分）。分）。近代物理指近代物理指20世纪以来形成的物理学理论。两大世纪以来形成的物理学理论。两大理论支柱：理论支柱：相对论的建立：相对论的建立：相对论；量子力学相对论；量子力学 1905年年 爱因斯坦根据迈克尔逊爱因斯坦根据迈克尔逊-莫雷实验结果，莫雷实验结果，抛弃抛弃“以太以太”假说，提出狭义相对论。假说，提出狭义相对论。1915年年 爱因斯坦提出广义相对论爱因斯坦提出广义相对论 相对论是研究宇宙天体运动、物质结构、微观粒子、相对论是研究宇宙天体运动、物质结构、微观粒子、核能的理论武器。解决了高速运动问题。核能的理论武器。解决了高速运动问题。量子力学

5、的建立：量子力学的建立：1900年年 德国的普朗克为了解释德国的普朗克为了解释“黑体辐射黑体辐射”实实验，提出了验，提出了“能量子能量子”假说，形成了量子物理的开端，假说，形成了量子物理的开端，为人们通向微观世界打开了一扇大门。为人们通向微观世界打开了一扇大门。1905年年 爱因斯坦在爱因斯坦在“能量子能量子”假说基础上提出假说基础上提出了了“光子光子”假说，成功解释了光电效应。假说，成功解释了光电效应。1913年年 丹麦的玻尔发展了丹麦的玻尔发展了“能量子能量子”和和“光量子光量子”概念，提出了原子能量量子化和轨道量子化概念，即玻概念，提出了原子能量量子化和轨道量子化概念，即玻尔氢原子理论，

6、成功地解释了氢原子光谱。尔氢原子理论，成功地解释了氢原子光谱。以上以上“能量子能量子”“”“光子光子”“”“玻尔氢原子玻尔氢原子”理论被称理论被称为旧量子论的三个主要标志。旧量子论虽然能解释一为旧量子论的三个主要标志。旧量子论虽然能解释一些现象，但对微观粒子本性缺乏全面认识，所以存在些现象，但对微观粒子本性缺乏全面认识，所以存在根本的缺陷。根本的缺陷。1924年年 法国的徳布罗意提出了实物粒子波动法国的徳布罗意提出了实物粒子波动性的假设，性的假设，1927年美国戴维逊和革末通过电子衍射证年美国戴维逊和革末通过电子衍射证实了实物波的存在，导致了量子力学的建立。实了实物波的存在，导致了量子力学的建

7、立。1926年年 奥地利薛定谔在徳布罗意假设基础上，奥地利薛定谔在徳布罗意假设基础上，创立了波动形式的量子力学，同年，德国的海森堡创创立了波动形式的量子力学，同年，德国的海森堡创立了矩阵形式的量子力学。立了矩阵形式的量子力学。1928年年 英国的狄拉克创立了相对论量子力学英国的狄拉克创立了相对论量子力学 量子力学是研究微观粒子运动规律的武器量子力学是研究微观粒子运动规律的武器 理论研究表明，牛顿力学只适应宏观低速运动，是理论研究表明，牛顿力学只适应宏观低速运动，是量子力学的一种特殊情况，也是相对论力学的一种特量子力学的一种特殊情况，也是相对论力学的一种特殊情况。殊情况。狭义相对论已经在力学中介

8、绍狭义相对论已经在力学中介绍 以下先介绍早期量子论，再介绍量子力学基本概念以下先介绍早期量子论，再介绍量子力学基本概念 第一章第一章 早期量子论（旧量子论）早期量子论（旧量子论）早期量子论是经典物理向量子力学的过渡，主要标早期量子论是经典物理向量子力学的过渡，主要标志是志是“能量子能量子”假说、假说、“光子假说光子假说”和和“玻尔氢原子理玻尔氢原子理论论”1-1 普朗克普朗克“能量子能量子”假说假说 普朗克假说是在解释黑体热辐射实验时提出的，什普朗克假说是在解释黑体热辐射实验时提出的，什么是黑体？什么是热辐射？么是黑体？什么是热辐射？一、热辐射一、热辐射 黑体黑体 1、热辐射、热辐射 实验证明

9、，实验证明，任何物体任何物体在在任何温度任何温度下都不断向外发射电下都不断向外发射电磁波，在一定时间内，发射电磁波的能量多少及所含波长磁波，在一定时间内，发射电磁波的能量多少及所含波长成分都决定于物体的温度，这种现象叫做成分都决定于物体的温度，这种现象叫做热辐射热辐射。简言之，由物体温度决定的电磁辐射叫做简言之，由物体温度决定的电磁辐射叫做热辐射热辐射。举例：举例：灯丝加热灯丝加热温度升高温度升高不可见红外光暗红赤红黄黄白青白逐渐灼热逼人说明随温度升高辐射波长成分向短波方向移动说明随温度升高辐射波长成分向短波方向移动说明随温度升高辐射能量增加说明随温度升高辐射能量增加冷的物体有辐射吗？冷的物体

10、有辐射吗？（人体，书桌，黑板，发射电磁波？）（人体，书桌，黑板，发射电磁波？）强调强调 任何物体在任何温度下都有辐射；本质上是发光或任何物体在任何温度下都有辐射；本质上是发光或发射电磁波；发射电磁波；mT辐射能量。另外，物体辐射的同时，还要吸收电磁波。理论和另外，物体辐射的同时，还要吸收电磁波。理论和实验证明，物体辐射本领大，吸收本领也大。实验证明，物体辐射本领大，吸收本领也大。当辐射和吸收达到平衡时，物体温度不变而处于热当辐射和吸收达到平衡时，物体温度不变而处于热平衡状态，这时的热辐射称为平衡状态，这时的热辐射称为平衡热辐射平衡热辐射。T不同物体辐射不同不同同一物体不同如何描述辐射本领？如何

11、描述辐射本领？2、单色辐出度、单色辐出度 总辐出度总辐出度辐射本领描述辐射本领描述定义定义1：单色辐出度单色辐出度()dMMTddM+d单位面积单位面积单位时间单位时间 内辐射能量内辐射能量 与波长间隔与波长间隔 之比之比ddMd或，单位表面积单位波长间隔内的辐出功率或，单位表面积单位波长间隔内的辐出功率反映物体在某温度下辐射某种波长的能力反映物体在某温度下辐射某种波长的能力 如果要反映物体在某温度下对各种波长的辐射能力？如果要反映物体在某温度下对各种波长的辐射能力？单位面积单位面积单位时间单位时间定义定义2：()()M TMT d总辐出度总辐出度单位表面积对各种波长电磁波的总辐射功率单位表面

12、积对各种波长电磁波的总辐射功率dM+d单位面积单位面积单位时间单位时间 实验证明，不同物体辐射和吸收电磁波实验证明，不同物体辐射和吸收电磁波的能力不同。对可见光而言，深黑色物体的能力不同。对可见光而言，深黑色物体吸收和辐射能力最强，由此引申出一个理吸收和辐射能力最强，由此引申出一个理想模型。想模型。3、黑体（也叫绝对黑体）、黑体（也叫绝对黑体）理想模型理想模型 如果一个物体能够吸收一切外来电磁如果一个物体能够吸收一切外来电磁波而不反射和透射，这种物体称作波而不反射和透射，这种物体称作黑体黑体。1a 黑体就是黑色的物体吗？黑体就是黑色的物体吗？强调强调 黑体不一定是黑色的物体；吸收（黑体不一定是

13、黑色的物体；吸收（）和辐）和辐射能力都最强；理想模型，实际物体都不是黑体。射能力都最强；理想模型，实际物体都不是黑体。1a 意义意义：研究理想模型的目的是研究实际物体，使：研究理想模型的目的是研究实际物体，使问题简化，忽略次要因素，处理问题方便。如质点、点问题简化，忽略次要因素，处理问题方便。如质点、点电荷、理想气体等。电荷、理想气体等。研究黑体是为了研究实际物体的辐射规律。可以证明，研究黑体是为了研究实际物体的辐射规律。可以证明，实际物体的辐出度与黑体辐出度有关系实际物体的辐出度与黑体辐出度有关系BMaM 虽然实际物体不是黑体，但可以设计黑体模型虽然实际物体不是黑体，但可以设计黑体模型 设想

14、，用不透明材料制成一个设想，用不透明材料制成一个空腔并开一小孔。空腔并开一小孔。光线从小孔射入，很难出去（腔光线从小孔射入，很难出去（腔壁多次反射吸收）。带有小孔的空壁多次反射吸收）。带有小孔的空腔物体就是黑体，小孔相当于黑体腔物体就是黑体，小孔相当于黑体表面。表面。实例：白天远看楼房窗口，显得黑暗，实例：白天远看楼房窗口，显得黑暗，且窗口越小越暗（似空腔）。炼钢炉孔也可且窗口越小越暗（似空腔）。炼钢炉孔也可视为黑体（但红色）视为黑体（但红色）实验上用绕有电热丝的空实验上用绕有电热丝的空腔开小孔实现黑体腔开小孔实现黑体热热电电偶偶测测温温铂铑铂铑加热加热 加热空腔，小孔辐射能加热空腔，小孔辐射

15、能量，从孔外可探测辐射，测量，从孔外可探测辐射，测量辐射规律量辐射规律 二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置装置T热电偶热电偶平行光管平行光管绝对黑体绝对黑体三棱镜三棱镜可以分可以分辨出不辨出不同波长同波长的辐射的辐射能量能量不同波不同波长分开长分开m)(TM 实验可测出实验可测出：()MT 曲线()()M TMT d面积()TTM Tm 面积测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置装置T热电偶热电偶平行光管平行光管绝对黑体绝对黑体三棱镜三棱镜可以总结出什么样的实验规律？可以总结

16、出什么样的实验规律？可以分可以分辨出不辨出不同波长同波长的辐射的辐射能量能量()MT()TTM Tm 面积()MTm1m2m3实验得出两个重要公式：实验得出两个重要公式：4()M TTTWm K-8-2-4 =5.67 1032.898 10mT bbmK=维恩位移定律维恩位移定律斯特潘斯特潘-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 上述实验规律如何从理论上解释？上述实验规律如何从理论上解释？可以总可以总结出什结出什么样的么样的实验规实验规律？律？三、黑体辐射规律的理论解释三、黑体辐射规律的理论解释 普朗克假说普朗克假说最初用经典理论解释，出现困难最初用经典理论解释，出现困难！1、经典理论的困难、经典理论的

17、困难经典解释有两个著名公式：经典解释有两个著名公式：维恩公式（基于热力学理论）维恩公式（基于热力学理论）252()hckThcMTec 光 速k 玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数瑞利瑞利-琼斯公式（基于电磁学理论和能均分定理）琼斯公式（基于电磁学理论和能均分定理）4()2kTMTc252()hckThcMTe维恩公式维恩公式开尔文所开尔文所说的那一说的那一朵朵“乌云乌云”理论公式与实验在理论公式与实验在短波长范围符合好，短波长范围符合好，长波长范围差别大长波长范围差别大瑞利瑞利-琼斯公式琼斯公式4()2kTMTc 理论公式与实验在长波长理论公式与实验在长波长范围符合好，短波长范围很范围符合好，短波长范

18、围很不符且无不符且无 。m （紫外），（紫外），显然荒谬，称显然荒谬，称“紫外灾难紫外灾难”0()MT 上面由经典理论导出的两个公式与实验矛盾，暴露了上面由经典理论导出的两个公式与实验矛盾，暴露了经典理论的缺陷。经典理论的缺陷。普朗克驱散了这朵普朗克驱散了这朵“乌云乌云”2、普朗克假说、普朗克假说 1900年，普朗克首先找到了与实验相符的经验公式：年，普朗克首先找到了与实验相符的经验公式：251()21hck TMThcec光速k 玻尔兹玻尔兹曼常数曼常数h首次引入的常数，由实验可得首次引入的常数，由实验可得346.6260755 10hJ s 普朗克常数普朗克常数 普朗克公式普朗克公式普朗克

19、公式与实验完全吻合普朗克公式与实验完全吻合400()()mdMTdM TMT dT =b 很大时很小时1hck Thcek T 1hck Te251()21hck TMThce4()2kTMTc252()hckThcMTe瑞利琼斯公式维恩公式mT b=4()M TT 实验规律实验规律 普朗克公式结果圆满，普朗克公式结果圆满，他发现要从理论上导出这他发现要从理论上导出这个公式，必须引进一个假个公式，必须引进一个假设：设：能量子假设能量子假设251()21hck TMThce普朗克能量子假设要点：普朗克能量子假设要点：（1）辐射体由许多带电线谐振子组成，线谐振子振）辐射体由许多带电线谐振子组成，线

20、谐振子振动时发射电磁波。（实际上是原子振动的简化动时发射电磁波。（实际上是原子振动的简化）从理论上导出普朗从理论上导出普朗克公式的关键？克公式的关键？h2h3h4h（2）振子能量是量子化的（不连续，）振子能量是量子化的（不连续，取分立值）取分立值）0nn=1.2.3.0hvnh ,2,3hhh如阶梯，形象地称为“能级”（3）振子发射和吸收电磁波，只能在）振子发射和吸收电磁波，只能在“能级能级”上跃上跃迁，其能量变化也只能是迁，其能量变化也只能是 的整数倍。的整数倍。h 由以上假设经推导可得由以上假设经推导可得到普朗克公式：到普朗克公式：251()21hck TMThce 普朗克成功地解释了黑体

21、辐射，但却给经典物理带普朗克成功地解释了黑体辐射，但却给经典物理带来了一个难以接受的新概念来了一个难以接受的新概念能量量子化。能量量子化。在经典在经典范围，能量是连续的包括机械波、电磁波的能量在内。范围，能量是连续的包括机械波、电磁波的能量在内。普朗克第一次把普朗克第一次把“量子量子”概念引入到物理学，对经概念引入到物理学，对经典物理是一个重大突破，宣告了量子物理的诞生。但典物理是一个重大突破，宣告了量子物理的诞生。但当时许多物理学家包括普朗克在内都对能量量子化半当时许多物理学家包括普朗克在内都对能量量子化半信半疑，企图将其纳入经典框架，这些努力都是徒劳信半疑，企图将其纳入经典框架，这些努力都

22、是徒劳的。的。爱因斯坦最早认识到普朗克假说的意义，在此基爱因斯坦最早认识到普朗克假说的意义，在此基础上又提出了础上又提出了“光量子光量子”假说，成功解释了光电效应。假说，成功解释了光电效应。此后量子概念才被人们所接受。此后量子概念才被人们所接受。要说明的是，要说明的是，h 这个常数。它在微观世界是一这个常数。它在微观世界是一个重要常数（相对论中的重要常数是个重要常数（相对论中的重要常数是c）,公式中随处公式中随处可见可见346.6260755 10hJ s 在宏观领域，非常小，作用可以忽略。而在微观领在宏观领域，非常小，作用可以忽略。而在微观领域，并不小，作用明显。微观粒子本身的质量也非常域，

23、并不小，作用明显。微观粒子本身的质量也非常小，如电子质量小，如电子质量 。319.1 10mkg 宏观：宏观：可视为无穷小，可视为无穷小，变化变化视为连续。视为连续。微观粒子：微观粒子：小，变化明显。小，变化明显。,nhnh 大，比方：一大袋米（宏观），米粒从小孔流出，视为比方：一大袋米（宏观），米粒从小孔流出，视为连续变化，米粒视为无穷小；袋子只几粒米（微观），连续变化，米粒视为无穷小；袋子只几粒米（微观），小孔出来的米粒是一粒一粒量子化的。小孔出来的米粒是一粒一粒量子化的。四、黑体辐射的应用四、黑体辐射的应用在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由在实验室或工厂的高温炉子上开

24、一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。高温炉高温炉灯丝灯丝目镜目镜聚焦透镜聚焦透镜R调节调节R R，当灯丝温度，当灯丝温度 炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出亮线。炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出亮线。当灯丝温度当灯丝温度 炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出暗线。炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出暗线。当当灯丝温度灯丝温度=炉温时炉温时，灯丝在炉孔像的背景上消失。，灯丝在炉孔像的背景上消失。由通过灯丝电流强度可算出炉温由通过灯丝电流强度可算出炉温T T。光测高温光测高温 测几千度的高温物体的温度，不能用温度计或热电偶，只能用

25、测几千度的高温物体的温度，不能用温度计或热电偶，只能用辐射方法测量辐射方法测量 通过测通过测M(T)或或 可测可测T。4()M TT mT b=m灯丝温度与电流强度对应灯丝温度与电流强度对应几千度高温能用温度计和热电偶吗？为何？几千度高温能用温度计和热电偶吗？为何？宇宙背景辐射：宇宙背景辐射：与与 T=2.7 K 黑体辐射曲线相符黑体辐射曲线相符宇宙标准模型：宇宙起源于一个奇点的大爆炸膨胀，宇宙标准模型：宇宙起源于一个奇点的大爆炸膨胀，大爆炸遗迹：光子波长大爆炸遗迹：光子波长 1mm,相应温度相应温度 5K19641964年年 贝尔实验室彭齐亚斯、贝尔实验室彭齐亚斯、威尔孙为了跟踪威尔孙为了跟

26、踪“回声回声”号卫星，号卫星，校准天线，发现无法消除的噪声。校准天线，发现无法消除的噪声。由此发现宇宙背景辐射（大爆炸宇由此发现宇宙背景辐射（大爆炸宇宙学论据）宙学论据）。荣获。荣获 19781978年年 诺贝诺贝尔物理奖尔物理奖19901990年美国年美国COBECOBE卫星精密观卫星精密观测，得其能谱为测，得其能谱为黑黑体体辐辐射射.K06.0735.2 Hz10103 （相对强度）（相对强度）计计算算估估计计大爆大爆炸后炸后膨胀膨胀温度温度降低降低 1-2 爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说 普朗克能量子假说只限于辐射能量的过程。普朗克能量子假说只限于辐射能量的过程。1905年，年，爱因斯

27、坦认识到电磁波能量普遍都以量子形式存在。从爱因斯坦认识到电磁波能量普遍都以量子形式存在。从光和物质作用来看，各种电磁波都是光量子体系。爱因光和物质作用来看，各种电磁波都是光量子体系。爱因斯坦用光子假说成功地解释了光电效应，克服了经典物斯坦用光子假说成功地解释了光电效应，克服了经典物理的困难。理的困难。一、光电效应及其实验规律一、光电效应及其实验规律OOOOOOO OAKGVR 1887年，赫兹发年，赫兹发现，当光照射在金属表现，当光照射在金属表面时，就会有电子从金面时，就会有电子从金属表面逸出，这种现象属表面逸出，这种现象称为称为光电效应。光电效应。i 如图，光从石英窗口照到阴极如图，光从石英

28、窗口照到阴极K,有有电子逸出，即电子逸出，即光电子光电子。光电子被电场。光电子被电场加速，飞到阳极加速，飞到阳极A，回路形成，回路形成光电流光电流 。实验现象和实验规律如何？实验现象和实验规律如何？实验结果：实验结果：（1）伏安曲线伏安曲线iUiIUi光强；两极间电压；光电流强度1I2ICU1mi2miIU（1）伏安曲线伏安曲线iU,IUi一定,mmIiiI大，大，0,00,CUiiUU ,使=-mUii达一定值，饱和1I2ICU1mi2mimiI饱和现象说明什么？饱和现象说明什么？说明单位时间（每秒）从说明单位时间（每秒）从K极逸出的极逸出的光电子全部被光电子全部被A接收（接收（U再增加，一

29、定再增加，一定光强，只有那么多光电子）光强，只有那么多光电子）mi代表每秒逸出产生的光电子数代表每秒逸出产生的光电子数iIiI（2）一定，一定，CU 关系I 用不同频率的光实验用不同频率的光实验Ui光强一定光强一定频率不同频率不同1CU2CU3CU1230U0CUNaCa,CUCU 线性关系0CUkU由上面的实验结果，可以总结出如下规律由上面的实验结果，可以总结出如下规律：实质实质 （1）单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入）单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光强成正比。射光强成正比。miImi代表每秒逸出产生的光电子数代表每秒逸出产生的光电子数 （2）光电子最大初动能与入射光频率呈线

30、性关系，）光电子最大初动能与入射光频率呈线性关系，与光强无关。与光强无关。因为要阻止光电流，必须加截止电压阻止最大初因为要阻止光电流，必须加截止电压阻止最大初动能的光电子到达阳极。动能的光电子到达阳极。0CUkU212mCmve U2012mmvkeeU0U0CUNa 因为要阻止光电流，必须加截止电压阻止最大初因为要阻止光电流，必须加截止电压阻止最大初动能的光电子到达阳极。动能的光电子到达阳极。（3）存在红限）存在红限 0 只有只有 才产生光电效应，才产生光电效应，否则无论多大光强，都无光电效应。否则无论多大光强，都无光电效应。00,0U0CUNa几乎瞬时发生几乎瞬时发生（4）光电效应瞬时发生

31、（）光电效应瞬时发生（），），与光强无关与光强无关910 s上述实验规律怎样从理论上解释？上述实验规律怎样从理论上解释？二、光电效应解释二、光电效应解释 爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说众所周知，光是电磁波，用光的波动理论能解释吗众所周知，光是电磁波，用光的波动理论能解释吗？1、光的波动说的困难、光的波动说的困难受迫受迫振动振动 金属中有大量自由电子，由于受正电荷金属中有大量自由电子，由于受正电荷引力，被束缚在金属表面以内。引力，被束缚在金属表面以内。波动观点波动观点：光波电磁场照在金属表面，电场使电光波电磁场照在金属表面，电场使电子受迫振动，电子获得足够能量挣脱金属束缚逸出表子受迫振动，电子

32、获得足够能量挣脱金属束缚逸出表面。面。经典预测经典预测：（1）光愈强，电子接受能量愈多，逸出电子的初动）光愈强，电子接受能量愈多，逸出电子的初动能愈大，所以，能愈大，所以，光电子初动能应与光强有关，与频率光电子初动能应与光强有关，与频率无关。无关。（1）光愈强，电子接受能量愈多，逸出电子的初动）光愈强，电子接受能量愈多，逸出电子的初动能愈大，所以，能愈大，所以，光电子初动能应与光强有关，与频率无光电子初动能应与光强有关，与频率无关。关。事实事实：与光强无关，与频率线性关系：与光强无关，与频率线性关系2012mmvkeeU受迫受迫振动振动 （2）不论入射光频率如何，电子在）不论入射光频率如何，电

33、子在光波电场作用下总能获得足够能量而光波电场作用下总能获得足够能量而逸出，逸出，不存在红限频率不存在红限频率 。0事实事实：存在红限：存在红限 （3）电子从光波中吸收能量，积累到一定数值才逸）电子从光波中吸收能量，积累到一定数值才逸出，光强小时，积累时间长，出，光强小时，积累时间长，光电效应不应瞬时发生光电效应不应瞬时发生。事实事实：无论光强多大，瞬时发生：无论光强多大，瞬时发生 上述预测与实验事实矛盾（除第一条实验规律上述预测与实验事实矛盾（除第一条实验规律外），表明经典理论在解释光电效应时遇到困难。外），表明经典理论在解释光电效应时遇到困难。单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光强单位

34、时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光强成正比。成正比。2、爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说 爱因斯坦在爱因斯坦在“能量子能量子”基础上，提出了基础上，提出了“光子光子”假假说：说：一束光是以光速一束光是以光速 运动的粒子流，这种粒子叫光子。运动的粒子流，这种粒子叫光子。频率频率 的光子具有能量的光子具有能量 ch 不可再分割，只能整个地被吸收或产生出来。当不可再分割，只能整个地被吸收或产生出来。当光照在金属表面时，能量光照在金属表面时，能量 的光子被电子吸收后，的光子被电子吸收后，h一部分用于克服逸出功一部分用于克服逸出功A（电子摆脱金属表面束缚需做的功）（电子摆脱金属表面束缚需做的功）一部

35、分变为电子逸出的初动能一部分变为电子逸出的初动能h一部分用于克服逸出功一部分用于克服逸出功A（电子摆脱金属表面束缚需做的功）（电子摆脱金属表面束缚需做的功）一部分变为电子逸出的初动能一部分变为电子逸出的初动能h212mhmvA212mmvhA或 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程对光电效应实验规律解释如下：对光电效应实验规律解释如下：（1）光强大，光子数多，更多的电子吸收光子。所以，）光强大，光子数多，更多的电子吸收光子。所以，每秒产生的光电子数与光强成正比每秒产生的光电子数与光强成正比。（。（第一条实验规律第一条实验规律）212mhmvA212mmvhA或 （2）从爱因斯坦方程可以直接

36、得出，）从爱因斯坦方程可以直接得出，光电子初动能光电子初动能与频率呈线性关系。（与频率呈线性关系。（第二条实验规律第二条实验规律）（3）根据方程，）根据方程，才产才产生光电效应。所以，生光电效应。所以，存在红限存在红限 。（。（第三条实验规律第三条实验规律）2102mmv hA0Ah0 （4）光子被一次性吸收，具有）光子被一次性吸收，具有瞬时性（瞬时性（第四条实验规律第四条实验规律）用爱因斯坦光子假说，圆满地解释了光电效应用爱因斯坦光子假说，圆满地解释了光电效应0CUAe斜率斜率he 利用光电效应可以测量普朗克常利用光电效应可以测量普朗克常数数 ，金属逸出功，金属逸出功 ，红限频率，红限频率

37、。Ah0（大学物理实验）（大学物理实验）爱因斯坦光子假说虽然突破了光的爱因斯坦光子假说虽然突破了光的波动形象，但并没有否定波动性。且光波动形象，但并没有否定波动性。且光的波动性是实验事实。光的量子性也是实验事实。所以，的波动性是实验事实。光的量子性也是实验事实。所以，对光的本性的认识应该是：对光的本性的认识应该是：波粒二象性波粒二象性。三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性ChAUee波动性波动性 描述描述粒子性粒子性 描述描述 联系联系h、pm、c2hhmcchhpmccchh2mc0221mmvc0,0vc m光子静止质量为光子静止质量为0h重要常数重要常数 既有波性，又有粒子性（同一事物两

38、个方面）。既有波性，又有粒子性（同一事物两个方面）。有时突显波性（在传播过程中），有时又突显粒子性有时突显波性（在传播过程中），有时又突显粒子性（在与物质相互作用时）。（在与物质相互作用时）。例题例题1：用光照金属，当光波长改变为原来的：用光照金属，当光波长改变为原来的 倍倍后，则截止电压必须增大到原来的后，则截止电压必须增大到原来的 倍，计算原波倍，计算原波长长 。（逸出功。（逸出功A）1 n解：解：212mCmveUcv212mmvhA1CceUhA（）()Cce UhAn (2)（2）-（1）(1)(1)ChceUn （3）（1）代入（3）()(1)(1)chchAn()(1)hcnA

39、n 例题例题2：均匀磁场中（：均匀磁场中（），），放金属片（红限放金属片（红限 ）。用）。用 光光照，电子逸出。光电子在垂直于磁场照，电子逸出。光电子在垂直于磁场的的 R平面内做圆周运动（平面内做圆周运动（），求），求 光子能量。光子能量。41.5 10BT01.5A0.1Rm1CceUhA（）(1)(1)ChceUn （3）解：解：41.5 10BT01.5A0.1Rm141.4 10hvJ解得212hAmv00cAhhmvReB R222111()()222eBReBRmvmmm191.6 10eC319.1 10mkgeBRvmhv例题例题3：已知已知Se的逸出功的逸出功1.8ev,用光

40、照，光电子最大初动用光照，光电子最大初动能为能为2.1ev.求（求（1）光波长；（）光波长；（2）红限频率。）红限频率。解：解：1911.6 10eVJ（1）212khAmvAEc2.1kEeV已知：1.8AeV3487196.63 103 103.19 1031903.9 1.6 10khcmAEA 1504.3 10AHzh0Ah（2）kchAE几个重要公式几个重要公式：212mhmvA21()2mmvhA00cAhh212mCmveU0CUkU0AeUhhhpc2hmc ChAUee0U 逸出电势CkU：直线斜率2)2)光控继电器光控继电器放大器放大器控制机构控制机构可以用于自动控制，可

41、以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。原理原理：光照，产生光电流，经放大器放大，电磁：光照，产生光电流，经放大器放大，电磁铁铁M磁化，吸住衔铁磁化，吸住衔铁N。无光照，无电流，。无光照，无电流，M把把N放开。放开。N与控制机构连接，可以实现自动控制。与控制机构连接，可以实现自动控制。MN 四、光电效应应用举例四、光电效应应用举例1)1)光电管：光电管：将光信号转换成电信号。电视摄像管，光电将光信号转换成电信号。电视摄像管，光电光度计（通过光电流测量光强度）。光度计（通过光电流测量光强度）。3)3)光电倍增管光电倍增管 可对微弱光线进可对微弱光线进行放大

42、，可使光电行放大，可使光电流放大流放大105108 倍，倍，灵敏度高，用在工灵敏度高，用在工程、天文、科研、程、天文、科研、军事等方面军事等方面。K1K2K3K4K5KA测量微弱光信号测量微弱光信号 原理原理：阴极：阴极K，阳极，阳极A，倍增电极，倍增电极K1、K2、K3，阴极电势最，阴极电势最低，各倍增电极电势依次升高，阳极电势最高。相邻电极间有加速低，各倍增电极电势依次升高，阳极电势最高。相邻电极间有加速电场。光照阴极发射光电子，电场加速，撞击第一个倍增电极，激电场。光照阴极发射光电子，电场加速，撞击第一个倍增电极，激发出较多光电子，又加速撞击到下一个电极，发射更多光电子，以发出较多光电子

43、，又加速撞击到下一个电极，发射更多光电子，以此下去，阳极收集很强的光电流。所以，此下去，阳极收集很强的光电流。所以，微弱光能产生很大电流微弱光能产生很大电流。1-3 康普顿效应康普顿效应 康普顿效应是光子假说的又一有力的实验证据。康普顿效应是光子假说的又一有力的实验证据。1923年，美国的康普顿和他的学生（吴有训）发现了年，美国的康普顿和他的学生（吴有训）发现了x射线散射时波长变长的现象（康普顿效应），用光子理射线散射时波长变长的现象（康普顿效应），用光子理论给予了成功解释。论给予了成功解释。一、康普顿效应一、康普顿效应1、光的散射、光的散射 光在各向同性介质（如真空或干净无任光在各向同性介质

44、（如真空或干净无任何杂质的空气）中是直线传播的。只有正何杂质的空气）中是直线传播的。只有正对光线才看到光，侧面看不到光。对光线才看到光，侧面看不到光。直直线线传传播播 如宇航员如宇航员在太空正对着在太空正对着星体才看到亮星体才看到亮光，周围黑洞光，周围黑洞洞的。洞的。直直线线传传播播 当光在光学性质不均匀的介质中传播当光在光学性质不均匀的介质中传播时，如空气中有尘埃、烟雾粒子、分子密时，如空气中有尘埃、烟雾粒子、分子密度起伏等，则从侧面可以看到光，这种现度起伏等，则从侧面可以看到光，这种现象叫做象叫做光的散射光的散射。尘埃等粒子是子波发射。尘埃等粒子是子波发射中心。中心。000散散射射000散

45、散射射 例如，早上阳光从窗户外射进室内、例如，早上阳光从窗户外射进室内、夜晚手电光，从侧面可看到显灰尘的光柱，夜晚手电光，从侧面可看到显灰尘的光柱，就是灰尘散射的结果。舞台灯光柱也如此。就是灰尘散射的结果。舞台灯光柱也如此。太阳光通过大气层，受大气分子（分太阳光通过大气层，受大气分子（分子密度起伏）散射，蓝色光散射最强，可子密度起伏）散射，蓝色光散射最强，可看到看到蔚蓝色的天空蔚蓝色的天空。生活或实验证明，经典电磁理论也可以证明，可生活或实验证明，经典电磁理论也可以证明，可见光散射波长不变。见光散射波长不变。因为有散射，能看到因为有散射，能看到明媚柔和的阳光明媚柔和的阳光，否则，无法想象，否则

46、，无法想象，根本不能正对太阳看（十分刺眼），而周围黑洞洞的。根本不能正对太阳看（十分刺眼），而周围黑洞洞的。但对于波长很短的电磁波如但对于波长很短的电磁波如x射线、射线、射线则不同。射线则不同。2、x射线散射射线散射000 实验证明，实验证明，x射线通射线通过物质时，散射光中包过物质时，散射光中包含两种波长成分：含两种波长成分：0 这种波长改变的散射称为这种波长改变的散射称为康普顿效应康普顿效应。变线变线不变线不变线00000实验结果：实验结果：202sin2C0.02426cA康普顿波长康普顿波长,仅与 有关。轻元素（轻元素（Z小），波长变化的散射光强相对较大小），波长变化的散射光强相对较大

47、重元素（重元素（Z大），波长变化的散射光强相对较弱大），波长变化的散射光强相对较弱如何解释？如何解释？变线变线不变线不变线000散射光强度与物质有关散射光强度与物质有关散射光波长改变与物质无关散射光波长改变与物质无关相相对对强强度度0.700 0.750()09045135同一散射角下，各种物质的散射波长的改变量相同同一散射角下，各种物质的散射波长的改变量相同,仅与 有关。202sin2C散射相对强度与 有关。二、康普顿效应的理论解释二、康普顿效应的理论解释光子理论光子理论+相对论动量、能量守恒相对论动量、能量守恒1、不变线、不变线0h0h原子原子 光子与内层紧束缚电子碰撞，光子与内层紧束缚电

48、子碰撞，相当于与原子弹性碰撞。原子质相当于与原子弹性碰撞。原子质量大，光子只改变方向，不改变量大，光子只改变方向，不改变能量，则频率或波长不变。能量，则频率或波长不变。02、变线、变线 光子与自由电子（外层电子弱束缚）弹性碰撞。光子与自由电子（外层电子弱束缚）弹性碰撞。0hhhc0hcmv20()kEmm cmv0hchc0hh00hhhc0hcmv20()kEmm cmv0hchc200()()mm ch (1)0coscoshhmcc 2222002()()()2coshhhmccc (2)相对论能量守恒相对论能量守恒相对论动量守恒相对论动量守恒sinsinhmc 由（1）（2）可得：20

49、00()(1cos)m ch 2000(1 cos)2sin2hhm cm c200()()mm ch (1)2222002()()()2coshhhmccc (2)2000()(1cos)ccc cm ch 0hhhc0hcmv20()kEmm c0（后面推导（后面推导)2000(1 cos)2sin2hhm cm c202sin2C对照实验结果：对照实验结果：00.02426chAm c与实验完全相符与实验完全相符0hhhc0hcmv20()kEmm c0推导过程：推导过程：200()()mm ch (1)2222002()()()2coshhhmccc (2)由（由（1）22()3oom

50、ch vvm c（）由（由（2）22222200()()2cos4m v chhh（）2(3)2422224200000(2)2()5m chm cm c h（）(5)-(4)222224220000()2(1 cos)2()m cvcm chm c h 2000(1 cos)2sin2hhm cm c（不讲）（不讲）222224220000()2(1 cos)2()m cvcm chm c h 0221mmvc222220()mcvm c2000()(1 cos)m ch c00c2200011()(1 cos)c hm c c 220000(1 cos)c hm c c 2000(1 co

51、s)2sin2hhm cm c00()(1 cos)m ch3、散射物质对康普顿散射强度的影响、散射物质对康普顿散射强度的影响与散射物质无关，但散射强度与散射物质有关与散射物质无关，但散射强度与散射物质有关 Z小的物质小的物质：几乎所有电：几乎所有电子都是松束缚（核库仑场子都是松束缚（核库仑场弱）。故波长改变的散射相弱）。故波长改变的散射相对强（变线对强（变线 强）强）0 Z大的物质大的物质：大多数是内：大多数是内层紧束缚电子（外层电子相层紧束缚电子（外层电子相对少）对少）故波长改变的散射相对故波长改变的散射相对弱（不变线弱（不变线 强）强）0同一散射角下同一散射角下 随散射物质的变化随散射物

52、质的变化0II三、讨论与理解三、讨论与理解（1）康普顿效应是对光子假说和相对论的有力验证。）康普顿效应是对光子假说和相对论的有力验证。（2）只与只与 有关，与有关，与 无关，与散射物质无关。无关，与散射物质无关。但散射相对强度与物质有关，也与但散射相对强度与物质有关，也与 有关有关 0（3）意义：与电子静止能量相等时的光子波长意义：与电子静止能量相等时的光子波长C20hchm c0chm c（4）长波长范围康普顿效应难观察长波长范围康普顿效应难观察00,C时 202sin2C04000,A501000.5Axray例：例：202sin2C010%易观察易观察实际上实际上 很小时，碰不动电子，很

53、小时，碰不动电子，无改变无改变0h0（5）与光电效应比较）与光电效应比较 光电效应光电效应：电子吸收光子能量，逸出，完全非弹性：电子吸收光子能量，逸出，完全非弹性碰撞，能量守恒。碰撞，能量守恒。康普顿效应康普顿效应：光子与自由电子弹性碰撞，能量、动：光子与自由电子弹性碰撞，能量、动量守恒。量守恒。实际上光与物质作用，除了上述两种效应外，还有实际上光与物质作用，除了上述两种效应外，还有一种效应一种效应电子对效应。如能量很高的光子（硬电子对效应。如能量很高的光子（硬 射线，射线，射线），与物质作用，经过重原子核旁，光子可能变成射线），与物质作用，经过重原子核旁，光子可能变成正负电子对，称为正负电子

54、对，称为电子对效应电子对效应。反过来，正负电子相遇，。反过来，正负电子相遇，将湮灭成为光子，称为将湮灭成为光子，称为正电子湮灭正电子湮灭。正电子正电子是与电子电荷相同、质量相同的带正电的粒是与电子电荷相同、质量相同的带正电的粒子，存在于宇宙射线中。子，存在于宇宙射线中。x 光与物质三种相互作用比较光与物质三种相互作用比较光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应电子对效应电子对效应光子光子产生产生湮灭湮灭MeV02.1 heV510 hAh MeV51.0 h可见光、可见光、紫外线紫外线软软 X 射线射线硬硬 X 射线、射线、射线射线物质物质粒子粒子自由电子自由电子自由电子、自由电子、弱束缚电子弱束

55、缚电子重原子核重原子核自由正负电子自由正负电子物理物理过程过程完全非弹性碰完全非弹性碰撞；撞；光子被吸收，光子被吸收，电子逸出。电子逸出。弹性碰撞；弹性碰撞；光子被散射，光子被散射，电子反冲电子反冲光子转化为光子转化为电子对电子对电子对转化电子对转化为光子对为光子对吸收系数吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量光子能量(MeV)光光电电效效应应康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应例题例题1：的的x射线与自由电子碰射线与自由电子碰撞，若在撞，若在 方向看到散射线，方向看到散射线，求：（求：（1）散射线波长；（）散射线波长；（2）电子）电子反冲动

56、能；（反冲动能；（3）电子反冲动量。）电子反冲动量。00.2A90解：解：(1 cos)0.024cA00.224A1530011()()1.08 106.8 10kEhhcJeV （2）（1）0hh0hhepkE0.02426cA202sin2C0hh0hhepkE （3）hep0h电子反冲动量电子反冲动量23220114.5 10/p hkgm s=42 18 cosohpsinhp 00.2A0.224A动量守恒动量守恒 1-4 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论 经典物理在解释黑体辐射、光与物质作用遇到困难，经典物理在解释黑体辐射、光与物质作用遇到困难，在解释原子光谱实验规律时同样遇到麻

57、烦。在解释原子光谱实验规律时同样遇到麻烦。丹麦的玻尔发展了普朗克假说和爱因斯坦光子理论，丹麦的玻尔发展了普朗克假说和爱因斯坦光子理论，将量子化观点用于氢原子运动，成功解释了氢原子光谱，将量子化观点用于氢原子运动，成功解释了氢原子光谱，初步奠定了原子物理基础。但有缺陷。尽管如此，玻尔初步奠定了原子物理基础。但有缺陷。尽管如此，玻尔理论为人们通向微观世界架设了一座桥梁。理论为人们通向微观世界架设了一座桥梁。一、氢原子光谱实验规律一、氢原子光谱实验规律 光谱光谱电磁波或光波按波长大小顺序排列并反映电磁波或光波按波长大小顺序排列并反映各波长强度变化的记录图样。各波长强度变化的记录图样。fabxOxK=

58、0K=2K=1K=1K=2dab)sinabk（0,1,2,3k 光栅方程光栅方程干涉主极大干涉主极大K=0K=1K=1单色光栅光谱单色光栅光谱如果入射光含两种以上波长？如果入射光含两种以上波长？xffab 01122分立光谱分立光谱 将同一级次不同波长的衍射明纹极大，按波长或将同一级次不同波长的衍射明纹极大，按波长或频率大小顺序依次排列的光栅衍射图样称为频率大小顺序依次排列的光栅衍射图样称为光栅光谱光栅光谱。连续光谱连续光谱011单色光栅光谱011白光连续光栅光谱 实验证明，氢原子光谱不连续、分立。实验证明，氢原子光谱不连续、分立。分立光谱1103645.7A04101.2A04340.1A

59、04860.7A0HHHHH紫紫青青深绿深绿红红连连续续6562.1A0氢原子可见氢原子可见光范围光谱光范围光谱巴尔末系巴尔末系 1884年，瑞士中学女教师巴尔末总结出氢原子可见年，瑞士中学女教师巴尔末总结出氢原子可见光谱经验公式光谱经验公式巴尔末公式：巴尔末公式：2222nBn3,4,5n HHHHH能否找出规律用一个式子能否找出规律用一个式子表达？计算波长，智慧表达？计算波长，智慧!2222nBn3,4,5n 3645.7BA3nA =6562.8nA =3645.7HHHHH3645.7A04101.2A04340.1A04860.7A0HHHHH连连续续6562.1A0 1890年，里

60、德伯将巴尔末公式改写并推广到其它一年，里德伯将巴尔末公式改写并推广到其它一些光谱线，些光谱线，1908年里兹进一步提出原子光谱组合原理年里兹进一步提出原子光谱组合原理（光谱系列波长通用公式）（光谱系列波长通用公式）2222nBn22111()2Rn22111()()Rkanb进一步，各种原子光谱：进一步，各种原子光谱：1()()T kT n或或(),()T k T n 谱项 以上称以上称里兹并合原理里兹并合原理其中：其中：（1）不同元素，）不同元素，值不同，氢原子值不同，氢原子 ab、0ab2,1,2,knkk（）一定形成一系列谱线7131.096776 10(Rm（）里德伯常数测量值）（各原

61、子的（各原子的R大致相同）大致相同）22111()()Rkanb1()()T kT n22111()Rkn2222nBn2k 对氢原子：对氢原子：22111()Rkn22111()1n22111()2Rn22111()3Rn22111()4Rn22111()5Rn3,4,5n 4,5 6n，5 6 7n，2 3,4n，6,7,8n 赖曼系（紫外）赖曼系（紫外）巴尔末系（可见）巴尔末系（可见）帕邢系（红外）帕邢系（红外）布拉开系（红外）布拉开系（红外）普芳德系（红外）普芳德系（红外）2222nBn22111()Rkn 上述实验规律如何从理论上解释？要解释原子光谱，上述实验规律如何从理论上解释？要

62、解释原子光谱，必须研究原子内部结构。原子光谱反映原子内部结构和运必须研究原子内部结构。原子光谱反映原子内部结构和运动信息，原子看不见，只有根据光谱推理。如何从氢原子动信息，原子看不见，只有根据光谱推理。如何从氢原子光谱看氢原子结构及运动？光谱看氢原子结构及运动？二、玻尔氢原子理论二、玻尔氢原子理论用经典电磁理论解释原子光谱有困难，困难在哪里？用经典电磁理论解释原子光谱有困难，困难在哪里？1、经典电磁理论的困难、经典电磁理论的困难 人们曾经认为，原子是不可分割的整体。自英国人们曾经认为，原子是不可分割的整体。自英国JJ.汤姆逊发现电子以后，人们才认为原子也有内部结构。汤姆逊发现电子以后，人们才认

63、为原子也有内部结构。电子的发现与阴极射线研究有关。电子的发现与阴极射线研究有关。1858年，德国普年，德国普吕克尔发现低压气体放电时有一种奇特现象：吕克尔发现低压气体放电时有一种奇特现象：放电管中，放电管中，放电时与阴极正对的管壁发绿色荧光。放电时与阴极正对的管壁发绿色荧光。而且在磁铁影响而且在磁铁影响下，荧光光斑移动（偏转）。德国的哥尔德斯坦认为是下，荧光光斑移动（偏转）。德国的哥尔德斯坦认为是从阴极发出的某种射线，称为从阴极发出的某种射线，称为阴极射线阴极射线。阴极射线本质。阴极射线本质是什么？当时有许多观点（略）。是什么？当时有许多观点（略）。.汤姆逊研究阴极射线本质多年，终于在汤姆逊研

64、究阴极射线本质多年，终于在1899 年年做出了正确判断：做出了正确判断：是带负电的粒子流，这种粒子叫做是带负电的粒子流，这种粒子叫做“电子电子”。以后又根据大量实验判断，以后又根据大量实验判断，光电流、光电流、射线、射线、阴极射线都是电子流阴极射线都是电子流，并且，并且电子是原子的组成部分，比电子是原子的组成部分，比原子小千倍。原子小千倍。电子的发现说明原子可分，那么，原子是一种什电子的发现说明原子可分，那么，原子是一种什么结构？人们提出了许多模型。共同点是，原子中性，么结构？人们提出了许多模型。共同点是，原子中性，内部有带负电的电子，还有带正电部分。但电荷如何内部有带负电的电子，还有带正电部

65、分。但电荷如何分布，存在多种观点。分布，存在多种观点。汤姆逊认为原子是实心球体，带正电球体嵌有带负汤姆逊认为原子是实心球体，带正电球体嵌有带负电电子。（如蛋糕中分布有葡萄干）电电子。（如蛋糕中分布有葡萄干）蛋糕模型或葡萄干模型蛋糕模型或葡萄干模型但汤姆逊模型在解释但汤姆逊模型在解释 粒子散射时出现困难。粒子散射时出现困难。什么是什么是 粒子（氦核流）散射？粒子（氦核流）散射？金金箔箔粒子粒子 如图如图 粒子流射向金箔，有一部粒子流射向金箔，有一部分分大角度散射大角度散射：2，甚至=大角度散射说明什么问题？大角度散射说明什么问题？说明带正电部分不是分散在球体，说明带正电部分不是分散在球体，而是集

66、中于很小部分。而是集中于很小部分。金金箔箔粒子粒子 1911年，卢瑟福提出了年，卢瑟福提出了核式模核式模型型，认为原子中正电部分集中在很，认为原子中正电部分集中在很小空间即小空间即原子核原子核，电子绕核运动，电子绕核运动，从而成功地从而成功地解释了解释了 粒子大角散粒子大角散射射。按经典电磁理论，电子绕核在按经典电磁理论，电子绕核在库伦场中做圆周运动，有加速度，库伦场中做圆周运动，有加速度，则向外辐射电磁波。圆运动频率则向外辐射电磁波。圆运动频率 ，则辐射电磁波频率也为则辐射电磁波频率也为rr301224veZrrmrr22204vZemrrr辐射，能量，连续（）（电子落进核内）（电子落进核内）事实：原子稳定，光谱分立事实：原子稳定，光谱分立经典困难！经典困难！稳定稳定 玻尔在普朗克假说、爱因斯坦光子假说基础上，提玻尔在普朗克假说、爱因斯坦光子假说基础上，提出三条假设：出三条假设：（1）定态假设（能级）定态假设（能级）1 2 31E2E3E 原子处于一些不连续的稳定原子处于一些不连续的稳定态（定态）。能量分立：态（定态）。能量分立：1,E2,E nE1E 基态，其余激发态 定态定态中，