第一節背景知識第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

模型-----是對實體的特征及變化規律的一種表示或抽象。即是把對象實體通過適當的過濾，用適當的表現規則描繪出的簡潔的模仿品。

美籍奧地利物理學家韋斯科夫說：“什么叫模型？模型就是奧地利的火車時刻表。奧地利的火車經常晚點，于是乘客質問列車員：‘你們干嗎還要列車時刻表？'列車員回答說：“有了時刻表，你們才知道晚點呀！”顯然，沒有時刻表這個理想化的東西，鐵路員工和乘客將無所遵循，這是理想模型的作用。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第二章：原子的量子態：玻爾模型第一節背景知識第二節玻爾模型AutomicPhysics

原子物理學結束第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三結束第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型目錄nextback盧瑟福模型把原子看成由帶正電的原子核和圍繞核運動的一些電子組成，這個模型成功地解釋了α粒子散射實驗中粒子的大角度散射現象可是當我們準備進入原子內部作進一步的考察時，卻發現已經建立的物理規律無法解釋原子的穩定性，同一性和再生性。

光譜黑體輻射光電效應第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三結束目錄nextback

玻爾（N.Bohr）基于盧瑟福原子模型，原子光譜的實驗規律以及普朗克的量子化概念，于1913年提出了新的原子模型并成功地建立了氫原子理論，解釋了氫光譜的產生，玻爾理論還可以準確地推出巴爾末公式，并能算出里德伯常數的理論值。第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型不過當玻爾理論應用于復雜一些的原子時，就與實驗事實產生了較大的出入。這說明玻爾理論還很粗略，直到1925年量子力學建立以后，人們才建立了較為完善的原子結構理論。

光譜黑體輻射光電效應第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型十九世紀中期，物理學理論在當時看來已經發展到了相當完善的階段，那時，一般的物理現象都可以用相應的理論加以解釋。物體的宏觀機械運動，準確地遵從牛頓力學規律；電磁現象被總結為麥克斯韋方程；熱現象有完整的熱力學及統計物理學；……；

物理學的上空可謂晴空萬里，在這種情況下，有許多人認為物理學的基本規律已完全被揭示，剩下的工作只是把已有的規律應用到各種具體的問題上，進行一些計算而已。

光譜黑體輻射光電效應第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

到了十九世紀末期，物理學晴朗的天空出現了幾朵令人不安的“烏云”，在物理學中出現了一系列令人費解的實驗現象。物理學遇到了嚴重的困難，其中兩朵最黑的云分別是：前者導致了相對論的誕生，后者導致了量子論的誕生。麥克爾遜--莫雷實驗和黑體輻射實驗結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三“黑體”輻射第一節：背景知識第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

黑體輻射的經典解釋1896年,維恩以經典物理為基礎,認為能量的吸收和發射都是連續的,導出了一個公式:這個公式在短波部分與實驗結果符合的很好,但是長波部分理論的值偏低.第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型1900年瑞利-瓊斯仍在經典物理的基礎上建立了另一個理論導出了另一個公式:它在長波部分和實驗結果符合的較好,但在短波部分給出了太大的數值.就這樣經典物理遭遇到難以克服的困難.為了正確而全面地說明實驗結果,找到自然規律,必須尋求新的理論.結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

黑體輻射量子解釋1900年10月19日，德過物理學家普朗克（Planck）在一次物理學會議上公布了一個公式:

上式中的h就是著名的普朗克常量，其曲線與實驗值完全吻合，而這一公式是普朗克根據實驗數據猜出來的。由此公式當v->0和v->∞時分別都可得到與瑞利--金斯和維恩公式相同的形式。結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

此公式雖然符合實驗事實但其在公布時仍沒有理論根據,就在普朗克公式公布當天，另一位物理學家魯本斯將普朗克的結果與他的最新測量數據進行核對，發現兩者以驚人的精確性相符合。第二天魯本斯就把這一喜訊告訴了普朗克,從而使普朗克決心：“不惜一切代價，找到一個理論解釋。”結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型經過近二個月的努力，普朗克在同年12月14日的一次德國物理學會議上提出：電子輻射能量的假設:

這一概念嚴重偏離了經典物理；因此，這一假設提出后的5年時間內，沒有引起人的注意，并且在這以后的十多年時間里，普朗克很后悔當時的提法，在很多場合他還極力的掩飾這種不連續性是“假設量子論”。E=nhv（n=1,2,3,……)?結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型早在1887年,德國物理學家赫茲第一個觀察到用紫光照射的尖端放電特別容易發生，這實際上是光電效應導致的.由于當時還沒有電子的概念,所以對其機制不是很清楚.1．對一定金屬有一個臨界頻率v0,當ν<ν0時,無論光強多大,無電子產生；

直到1897年湯姆遜發現了電子.人們才注意到一定頻率的光照射在金屬表面上時,有大量電子從表面逸出，人們稱之為光電效應。光電效應呈現出以下特點：

結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型2．當ν>ν0

時，無論光多弱，立即有光電子產生；3．光電子能量只與照射光的頻率有關。光強只影響光電子的數目。結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型1902年，法國物理學家林納（Lenaral）發現，光電效應的實驗規律不能用已有的波動說理論加以解釋,經典物理認為光是一種波動,其能量連續分布在波前上；當光照射在電子上時,電子得到并不斷積聚能量,當電子積聚的能量達到一定程度時，它就能脫離原子核的束縛而逸出，但能量的積聚是需要時間的。結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型例如,用光強為的光照到鈉金屬表面,根據經典理論的推算,至少要秒（約合120多天）的時間來積聚能量,才會有光電子產生；事實上,只要ν>ν0,就立即有光電子產生,可見理論與實驗產生了嚴重的偏離.此外，按照經典理論，決定電子能量的是光強,而不是頻率.但實驗事實卻是：

暗淡的藍光照出的電子能量居然比強烈的紅光照出的電子能量大.結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

1905年,愛因斯坦（Einstein）發展了普朗克（Planck）的量子說，指出光以粒子的形式-光子—存在和傳播。一個光子的能量為E=hv，因此，光電效應中能量滿足關系式:(4)式表明：對于給定的金屬(φ給定)，T與ν成線性關系。直線的斜率就是h,所以對不同的靶來說，這條線的斜率是相同的。(4)結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

1916年，美國物理學家密立根通過實驗，證實了(4)式的正確性,并精確測定了普朗克常數h；但他還是認為："盡管愛因斯坦的公式是成功的,但其物理理論完全站不住腳."不僅如此，1913年包括普朗克在內的德國最著名的物理學家也都認為，愛因斯坦的光量子理論是他在思辯中"迷失了方向".結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型可見一個新的理論要被人們所接受是何等的困難。然而，歷史很快作出了判斷，1922年，愛因斯坦因光電效應獲諾貝爾物理獎。結束目錄nextback

光譜黑體輻射光電效應第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三習題2.1銫的逸出功為1.9eV，試求：(1)銫的光電效應閾頻率及閾值波長；(2)如果要得到能量為1.5eV的光電子，必須使用多少波長的光照射?解答（1）∵mv2/2=

hν-W當hν=W時，ν為光電效應的最低頻率（閾頻率），即

ν=W/h=1.9×1.6×10-19/6.626×10-34=4.59×1014∵hc/λ=w

λ=hc/w=6.54×10-7(m)

(2)∵mv2/2=hν-W

∴1.5=hν-1.9ν=3.4/h

λ=c/ν=hc/3.4(m)=3.65×10-7m第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型α粒子的大角度散射，肯定了原子核的存在，但核外電子的分布及運動情況仍然是個迷，而光譜是原子結構的反映，因此研究原子光譜是揭示這個迷的必由之路。（1）電磁波譜結束目錄nextback光譜黑體輻射光電效應第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型（2）光譜的觀測光譜發出的光譜線可通過光譜議進行觀測和記錄，它既可把λ射線按不同波長分析，又可記錄不同光譜線的強度。結束目錄nextback光譜黑體輻射光電效應第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型（3）光譜的分類不同的光源有不同的光譜，發出機制也不盡相同，根據波長的變化情況，大致可分為三類：

α線光譜：波長不連續變化，此種為原子光譜；α帶光譜：波長在各區域內連續變化，此為分子光譜；α連續譜：固體的高溫輻射。結束目錄nextback光譜黑體輻射光電效應第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第一節：背景知識第二章：原子的量子態：玻爾模型

光譜分析是研究原子內部結構重要手段之一,牛頓早在1704年說過，若要了解物質內部情況,只要看其光譜就可以了.光譜是用光譜儀測量的,光譜儀的種類繁多,基本結構幾乎相同,大致由光源、分光器和記錄儀組成.上圖是棱鏡光譜儀的原理圖.結束目錄nextback光譜黑體輻射光電效應第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第二節：玻爾模型第二章：原子的量子態：玻爾