中南大學(xué)大物課件光的量子性與激光詳解

中南大學(xué)大物課件光的量子性與激光詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有102頁\編輯于星期六優(yōu)選中南大學(xué)大物課件光的量子性與激光現(xiàn)在是2頁\一共有102頁\編輯于星期六如果一個(gè)物體能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射，這種物體稱為黑體。黑體模型黑體實(shí)例?如遠(yuǎn)處不點(diǎn)燈的建筑物若室內(nèi)點(diǎn)燈現(xiàn)在是3頁\一共有102頁\編輯于星期六單位時(shí)間物體單位表面積發(fā)射的各種波長的總輻射能單色輻出度單位時(shí)間內(nèi),從物體表面單位面積上發(fā)出的，波長在λ附近單位波長間隔內(nèi)的輻射能.輻射出射度(輻出度)現(xiàn)在是4頁\一共有102頁\編輯于星期六絕對黑體的單色輻出度按波長分布曲線0123456λ(nm)1100K現(xiàn)在是5頁\一共有102頁\編輯于星期六絕對黑體的單色輻出度按波長分布曲線0123456λ(nm)1300K1100K現(xiàn)在是6頁\一共有102頁\編輯于星期六絕對黑體的單色輻出度按波長分布曲線0123456λ(nm)1500K1300K1100K現(xiàn)在是7頁\一共有102頁\編輯于星期六絕對黑體的單色輻出度按波長分布曲線0123456λ(nm)1700K1500K1300K1100K現(xiàn)在是8頁\一共有102頁\編輯于星期六由實(shí)驗(yàn)及理論都可以得到斯忒藩—玻爾茲曼定律二、斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律維恩（Wien)位移定律每條曲線下的面積等于絕對黑體在一定溫度下的輻射出射度斯忒藩常數(shù)1、斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律現(xiàn)在是9頁\一共有102頁\編輯于星期六維恩位移定律:維恩位移定律指出：當(dāng)絕對黑體的溫度升高時(shí)，單色輻出度最大值向短波方向移動(dòng)。2、維恩（Wien)位移定律最大值所對應(yīng)的波長為峰值波長λ現(xiàn)在是10頁\一共有102頁\編輯于星期六例假設(shè)太陽表面的特性和黑體等效，測得太陽表面單色輻出度的最大值所對應(yīng)的波長為465nm。試估計(jì)太陽表面的溫度和單位面積上的輻射功率解：現(xiàn)在是11頁\一共有102頁\編輯于星期六三

、普朗克的量子假說普郎克公式瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)經(jīng)驗(yàn)公式維恩(Wien)經(jīng)驗(yàn)公式問題：如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的函數(shù)式？1.經(jīng)典理論的困難現(xiàn)在是12頁\一共有102頁\編輯于星期六oλ(nm)123568947實(shí)驗(yàn)值現(xiàn)在是13頁\一共有102頁\編輯于星期六oλ(nm)123568947實(shí)驗(yàn)值維恩現(xiàn)在是14頁\一共有102頁\編輯于星期六oλ(nm)123568947實(shí)驗(yàn)值瑞利--金斯紫外災(zāi)難現(xiàn)在是15頁\一共有102頁\編輯于星期六oλ(nm)123568947實(shí)驗(yàn)值維恩瑞利--金斯紫外災(zāi)難現(xiàn)在是16頁\一共有102頁\編輯于星期六

2.普朗克量子假說能量子假說(1)組成黑體壁的分子、原子可看作是帶電的線性諧振子，可以吸收和輻射電磁波。(2)這些諧振子只能處于某種特殊的能量狀態(tài)，它的能量取值只能為某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：

對于頻率為的諧振子最小能量為h

稱為普朗克常數(shù)，正整數(shù)n稱為量子數(shù)。（n為正整數(shù)）問題：如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的函數(shù)式？現(xiàn)在是17頁\一共有102頁\編輯于星期六注意：普朗克這一思想是完全背離經(jīng)典物理，并受到當(dāng)時(shí)許多人的懷疑和反對，包括當(dāng)時(shí)的物理學(xué)泰斗---洛侖茲。乃至當(dāng)時(shí)普朗克自已也想以某種方式來消除這一關(guān)系式。它寫道：“我試圖將h納入經(jīng)典理論的范圍，但一切這樣的嘗試都失敗了，這個(gè)量非常頑固后來他又說：“在好幾年內(nèi)我花費(fèi)了很大的勞動(dòng)，徒勞地去嘗試如何將作用量子引入到經(jīng)典理論中去。我的一些同事把這看成是悲劇。但我有自已的看法，因?yàn)槲覐倪@種深入剖析中獲得了極大的好處，起初我只是傾向于認(rèn)為，而現(xiàn)在是確切地知道作用量子將在物理中發(fā)揮出巨大作用”。事實(shí)上正是這一理論導(dǎo)致了量子力學(xué)的誕生，普朗克也成為了量子力學(xué)的開山鼻祖，1918年因此而獲得諾貝爾獎(jiǎng)?，F(xiàn)在是18頁\一共有102頁\編輯于星期六振子在輻射或吸收能量時(shí)，從一個(gè)狀態(tài)躍遷到另一個(gè)狀態(tài)。在能量子假說基礎(chǔ)上，普朗克得到了黑體輻射公式：這一公式稱為普朗克公式,它和實(shí)驗(yàn)符合得很好。c

——光速k——玻爾茲曼恒量e

——自然對數(shù)的底現(xiàn)在是19頁\一共有102頁\編輯于星期六oλ(nm)123568947普朗克實(shí)驗(yàn)值現(xiàn)在是20頁\一共有102頁\編輯于星期六M.V.普朗克研究輻射的量子理論，發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的假設(shè)1918諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)現(xiàn)在是21頁\一共有102頁\編輯于星期六例：一頻率為=0.5HZ，振輻為A=10cm，勁度系數(shù)為K=3.0N/m的諧振子：X求：量子數(shù)n;若n改變一個(gè)單位，系統(tǒng)能量改變的百分比若能量變化，一次減少一個(gè)能量子，一個(gè)能量子能量：不連續(xù)變化的比率：現(xiàn)在是22頁\一共有102頁\編輯于星期六若每相差一能量子畫一直線E宏觀看是連續(xù)的由此可見可以把經(jīng)典物理看成是量子物理在量子數(shù)很大時(shí)的特殊情況（只有n很小時(shí)，能量的不連續(xù)才顯得很明顯）對應(yīng)原理：量子論對一個(gè)系統(tǒng)的描述，當(dāng)量子數(shù)非常大時(shí)，即與經(jīng)典物理的描述一致。（1929年波爾提出）事實(shí)上，第一個(gè)認(rèn)識到普朗克假說的偉大意義的是愛因斯坦?，F(xiàn)在是23頁\一共有102頁\編輯于星期六現(xiàn)在是24頁\一共有102頁\編輯于星期六Is飽和電流光強(qiáng)較強(qiáng)IUaOU光強(qiáng)較弱遏止電壓光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置OOOOOOVGAKBOOm14-2

光電效應(yīng)光的波粒二象性一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律現(xiàn)在是25頁\一共有102頁\編輯于星期六

2.光電子初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系

1.光電流與入射光光強(qiáng)的關(guān)系

結(jié)論:單位時(shí)間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強(qiáng)成正比.

實(shí)驗(yàn)指出：飽和光電流和入射光光強(qiáng)成正比。當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱為遏止電壓。遏止電壓的存在說明光電子具有初動(dòng)能，且：現(xiàn)在是26頁\一共有102頁\編輯于星期六和金屬有關(guān)的恒量Uo和金屬無關(guān)的普適恒量k實(shí)驗(yàn)指出：遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：oUaννo遏止電壓與入射光頻率的實(shí)驗(yàn)曲線現(xiàn)在是27頁\一共有102頁\編輯于星期六結(jié)論：光電子初動(dòng)能和入射光頻率成正比，與入射光光強(qiáng)無關(guān)。3、存在截止頻率（紅限）對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某一數(shù)值（稱為紅限）時(shí)，無論照射光多強(qiáng)都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)?，F(xiàn)在是28頁\一共有102頁\編輯于星期六結(jié)論：光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無需時(shí)間的累積因?yàn)槌鮿?dòng)能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：稱為紅限（截止頻率）4.光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論光強(qiáng)如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要的時(shí)間?，F(xiàn)在是29頁\一共有102頁\編輯于星期六

1.按經(jīng)典理論光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于入射光的光強(qiáng)，而不決定于光的頻率。經(jīng)典電磁波理論的缺陷3.無法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無須時(shí)間的積累。2.無法解釋紅限的存在?，F(xiàn)在是30頁\一共有102頁\編輯于星期六二、光量子（光子）

愛因斯坦方程——愛因斯坦光電效應(yīng)方程

愛因斯坦光子假說：一束光是以光速C運(yùn)動(dòng)的粒子（稱為光子）流，光子的能量為：一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能，即：金屬中的自由電子吸收一個(gè)光子能量以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功W，現(xiàn)在是31頁\一共有102頁\編輯于星期六3.從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系。

愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：2.電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以無須時(shí)間的累積。1.光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到紅限頻率：現(xiàn)在是32頁\一共有102頁\編輯于星期六幾種金屬的紅限及逸出功鈀Pd金Au汞Hg鈦Ti銫Cs12.111.610.99.924802580275030365201.94.14.54.85.0金屬紅限逸出功(Hz)(A)λνc04.8=ν0（eV)+10140現(xiàn)在是33頁\一共有102頁\編輯于星期六因?yàn)椋河捎诠庾铀俣群銥閏，所以光子的“靜止質(zhì)量”為零.光子質(zhì)量:光子的動(dòng)量：光子能量:三、光的波粒二象性現(xiàn)在是34頁\一共有102頁\編輯于星期六光子的能量質(zhì)量，動(dòng)量是表示粒子特性的物理量，而波長，頻率則是表示波動(dòng)性的物理量，這就表示光子不僅具有波動(dòng)性，同時(shí)也具有粒子性，即具有波粒二象性。現(xiàn)在是35頁\一共有102頁\編輯于星期六A.愛因斯坦對現(xiàn)物理方面的貢獻(xiàn)，特別是闡明光電效應(yīng)的定律1921諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)現(xiàn)在是36頁\一共有102頁\編輯于星期六在鋁中移出一個(gè)電子需要4.2eV的能量，波長為200nm的光射到其表面，求：1、光電子的最大動(dòng)能2、遏制電壓3、鋁的截止波長解：現(xiàn)在是37頁\一共有102頁\編輯于星期六例根據(jù)圖示確定以下各量1、鈉的紅限頻率2、普朗克常數(shù)3、鈉的溢出功解：由愛因斯坦方程其中遏制電壓與入射光頻關(guān)系鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系現(xiàn)在是38頁\一共有102頁\編輯于星期六從圖中得出從圖中得出鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系現(xiàn)在是39頁\一共有102頁\編輯于星期六普朗克常數(shù)鈉的溢出功鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系現(xiàn)在是40頁\一共有102頁\編輯于星期六康普頓效應(yīng)現(xiàn)在是41頁\一共有102頁\編輯于星期六康普頓效應(yīng)是說明光的粒子性的另一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)。1922-1933年間康普頓（）觀察X射線通過物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的波長發(fā)生變化的現(xiàn)象。1927諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)現(xiàn)在是42頁\一共有102頁\編輯于星期六康普頓實(shí)驗(yàn)裝置示意圖X射線管X射線譜儀光闌石墨體（散射物）φ晶體調(diào)節(jié)A對R的方位，可使不同方向的散射線進(jìn)入光譜儀?，F(xiàn)在是43頁\一共有102頁\編輯于星期六康普頓實(shí)驗(yàn)指出改變波長的散射康普頓散射康普頓效應(yīng)(2)當(dāng)散射角增加時(shí)，波長改變也隨著增加.(1)散射光中除了和入射光波長相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長大于的新的射線。(3)在同一散射角下，所有散射物質(zhì)的波長改變都相同。現(xiàn)在是44頁\一共有102頁\編輯于星期六石墨的康普頓效應(yīng).................φ=0O(a)(b)(c)(d)o相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長現(xiàn)在是45頁\一共有102頁\編輯于星期六石墨的康普頓效應(yīng)...................................φ=0φ=45OO(a)(b)(c)(d)相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長現(xiàn)在是46頁\一共有102頁\編輯于星期六石墨的康普頓效應(yīng).........................................................φ=0φ=45φ=90OOO(a)(b)(c)(d)相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長現(xiàn)在是47頁\一共有102頁\編輯于星期六石墨的康普頓效應(yīng)........................................................................................φ=0φ=45φ=90φ=135OOOO(a)(b)(c)(d)o相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長現(xiàn)在是48頁\一共有102頁\編輯于星期六經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過散射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。

無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系?，F(xiàn)在是49頁\一共有102頁\編輯于星期六光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是高能光子和低能自由電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：若光子和散射物外層電子（相當(dāng)于自由電子）相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，因此波長變長，頻率變低?，F(xiàn)在是50頁\一共有102頁\編輯于星期六若光子和被原子核束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞時(shí)，就相當(dāng)于和整個(gè)原子相碰撞，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，碰撞過程中光子傳遞給原子的能量很少，碰撞前后光子能量幾乎不變，故在散射光中仍然保留有波長0的成分。因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)?，F(xiàn)在是51頁\一共有102頁\編輯于星期六康普頓效應(yīng)的定量分析YXYX（1）碰撞前（2）碰撞后（3）動(dòng)量守恒光子在自由電子上的散射Xθ現(xiàn)在是52頁\一共有102頁\編輯于星期六由能量守恒:由動(dòng)量守恒:Xθ能量守恒:動(dòng)量守恒:現(xiàn)在是53頁\一共有102頁\編輯于星期六最后得到：康普頓散射公式此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。

由能量守恒:由動(dòng)量守恒:現(xiàn)在是54頁\一共有102頁\編輯于星期六電子的康普頓波長其值為?我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：原子量小的物質(zhì)康普頓散射較強(qiáng)，原子量大的物質(zhì)康普頓散射較弱；現(xiàn)在是55頁\一共有102頁\編輯于星期六14-4氫原子的玻爾理論現(xiàn)在是56頁\一共有102頁\編輯于星期六引言：經(jīng)典物理中要將光看成是電磁波，而光與原子的相互作用中卻要將光看成一顆顆微粒---這兩種圖象很難想像能將它們統(tǒng)一起來。但是量子力學(xué)卻將它們統(tǒng)一了起來，并且大大地?cái)U(kuò)充了人們的眼界，量子力學(xué)的發(fā)展分為兩個(gè)階段。1、舊量子力學(xué)時(shí)代1913年物理學(xué)家玻爾（N·Bohr）根據(jù)盧瑟福（Rutherford）原子模型及氫原子光譜提出了氫原子理論，初步奠定了原子物理基礎(chǔ)。現(xiàn)在是57頁\一共有102頁\編輯于星期六2、新量子力學(xué)時(shí)代

1924年德布羅意（DeBroglie）提出了波粒二象性，爾后由德國的薛定諤（Schr¨dInger）與海森伯（Heisenbeng）等建立了量子力學(xué)。o讓我們順著歷史的車輪，去領(lǐng)略一下量子力學(xué)的風(fēng)光，欣賞近代物理學(xué)上的另一朵鮮花吧！量子物理起源于對原子物理的研究，人們從原子光譜中獲得原子內(nèi)部信息。

1927年，量子力學(xué)開始應(yīng)用于固體物理，并導(dǎo)致了半導(dǎo)體、激光、超導(dǎo)研究的發(fā)展，此后由此又導(dǎo)致了半導(dǎo)體集成電路、電子、通信、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使人類進(jìn)入信息時(shí)代…..?，F(xiàn)在是58頁\一共有102頁\編輯于星期六HHHH6562.3?4861.3?4340.5?4101.7?1885年巴爾末（Balmer）找到了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：B=3645.7?n=1、2、3...當(dāng)n=3、4、5、6時(shí)可分別給出各譜線的波長如n=3：n=4：??…………...這些值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好一、氫原子光譜的規(guī)律性現(xiàn)在是59頁\一共有102頁\編輯于星期六稱之為里德伯常數(shù)巴爾末又指出,如將上式中的“22”換成其它整數(shù)k的平方,還可得到其它譜線系.n=3,4,5,...巴爾末公式n>k=1,2,3,..廣義巴爾末公式現(xiàn)在是60頁\一共有102頁\編輯于星期六（1）氫原子光譜是分立的線狀光譜，各條譜線具有確定的波長；（2）每一譜線的波數(shù)可用兩個(gè)光譜項(xiàng)之差表示；（3）前項(xiàng)保持定值，后項(xiàng)改變，就給出同一譜線系的各條譜線的波長。(4)改變前項(xiàng),就給出不同的譜系。n>k=1,2,3,..結(jié)論:氫原子光譜規(guī)律如下：現(xiàn)在是61頁\一共有102頁\編輯于星期六原子不再是物質(zhì)組成的最小單位1910年密立根用油滴實(shí)驗(yàn)精確地測定了電子的電荷。1897年，湯姆孫從實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)了電子的存在。1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙與鐳。1895年倫琴在暗室做陰極散射管中氣體放電的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了x射線?，F(xiàn)在是62頁\一共有102頁\編輯于星期六

1912年盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)：原子中的全部正電荷和極大部分質(zhì)量都集中在原子中央一個(gè)很小的體積內(nèi)，稱為原子核，原子中的電子在核的周圍繞核運(yùn)動(dòng)。1909年，蓋革和馬斯頓進(jìn)行了一系列的粒子束被薄金箔散射的實(shí)驗(yàn)。二、經(jīng)典原子模型的困難1.盧瑟福原子模型現(xiàn)在是63頁\一共有102頁\編輯于星期六2.經(jīng)典理論的困難注意：經(jīng)典理論解釋不了H原子光譜按1911年盧瑟福提出的原子的行星模型--電子繞原子核（10-12m）高速旋轉(zhuǎn)對此經(jīng)典物理勢必得出如下結(jié)論：1）原子是”短命“的+電子繞核運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)必向外輻射能量，電子軌道半徑越來越小，直到掉到原子核與正電荷中和，這個(gè)過程時(shí)間<10-10秒，因此不可能有穩(wěn)定的原子存在。2）原子光譜是連續(xù)光譜因電磁波頻率r-3/2，半徑的連續(xù)變化，必導(dǎo)致產(chǎn)生連續(xù)光譜?，F(xiàn)在是64頁\一共有102頁\編輯于星期六1913年2月玻爾看到巴爾末公式時(shí)說：“我一看到巴爾末公式，整個(gè)問題對我來說就全都清楚了?！比?、玻爾的氫原子理論然而事實(shí)不是這樣，如果找不到一種理論說明，巴爾末公式只不過是一種有趣的猜測游戲而已現(xiàn)在是65頁\一共有102頁\編輯于星期六玻爾理論的基本假設(shè)(1)定態(tài)假設(shè)——原子系統(tǒng)只存在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，其電子只能在一些特殊的圓軌道中運(yùn)動(dòng)，在這些軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射電磁波。這些狀態(tài)稱為定態(tài)，相應(yīng)的能量取不連續(xù)的量值E1、E2、E3...?，F(xiàn)在是66頁\一共有102頁\編輯于星期六(2）躍遷假設(shè)只有當(dāng)原子從一個(gè)較大的能量En的穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到另一較低能量Ek的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，才發(fā)射單色光，其頻率：反之，當(dāng)原子在較低能量Ek的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，吸收了一個(gè)頻率為nk的光子能量就可躍遷到；較大能量E的穩(wěn)定狀態(tài)。(3)軌道角動(dòng)量量子化假設(shè)電子作圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，角動(dòng)量只能取h/2的整數(shù)。其中n為正整數(shù)，稱為軌道量子數(shù)。現(xiàn)在是67頁\一共有102頁\編輯于星期六1)電子軌道半徑的量子化由：（1）、（2）式聯(lián)立解之n=1、2、3、4…...結(jié)論：電子軌道是量子化的。+rnMmM>>m玻爾氫原子理論現(xiàn)在是68頁\一共有102頁\編輯于星期六n=2、3、4…...注意：n=1的軌道r1稱為玻爾半徑。量子數(shù)為n的軌道半徑玻爾氫原子理論1)電子軌道半徑的量子化現(xiàn)在是69頁\一共有102頁\編輯于星期六n=1、2、3、4…2)定態(tài)能量是量子化的原子處在量子數(shù)為n的狀態(tài)，其能量：由（1）式：（6）代入（5）式將r代入：現(xiàn)在是70頁\一共有102頁\編輯于星期六n=2、3、4…結(jié)論：能量是量子化的。注意：這種不連續(xù)的能量稱為能級n=1n>1的各定態(tài)稱為受激態(tài)。當(dāng)n

=1時(shí)為氫原子的最低能級，稱為基態(tài)能級?，F(xiàn)在是71頁\一共有102頁\編輯于星期六-13.6-3.39-1.51-0.850481n=2n=3n=氫原子能級圖基態(tài)激發(fā)態(tài)電離態(tài)當(dāng)時(shí)，，稱為電離態(tài)氫原子從基態(tài)變成電離態(tài)所需的氫原子的電離能為：當(dāng)n=1時(shí)，稱為基態(tài)現(xiàn)在是72頁\一共有102頁\編輯于星期六3）導(dǎo)出里德伯常數(shù)將En代入頻率條件與里德伯公式對照：計(jì)算值：里德伯常數(shù)實(shí)驗(yàn)值：現(xiàn)在是73頁\一共有102頁\編輯于星期六例：計(jì)算H原子中電子從量子數(shù)n的狀態(tài)躍進(jìn)遷到k=n-1的狀態(tài)時(shí)發(fā)射擊光子的頻率，證明當(dāng)n足夠大時(shí)，這個(gè)頻率就是電子在量子數(shù)為n的軌道上旋轉(zhuǎn)的頻率（經(jīng)典理論頻率）解：當(dāng)n很大時(shí)：現(xiàn)在是74頁\一共有102頁\編輯于星期六當(dāng)n很大時(shí)：依經(jīng)典物理，電子在n軌道上旋轉(zhuǎn)的頻率（發(fā)射光的頻率）為這實(shí)質(zhì)上是對應(yīng)原理的必然結(jié)果+rnMmM>>m現(xiàn)在是75頁\一共有102頁\編輯于星期六玻爾理論的成功與局限成功：解釋了H光譜，爾后有人推廣到類H原子（）也獲得成功（只要將電量換成Ze（Z為原序數(shù)）。他的定態(tài)躍遷的思想至今仍是正確的。并且它是導(dǎo)致新理論的跳板。1922年獲諾貝爾獎(jiǎng)。局限：只能解釋H及類H原子，也解釋不了原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。原因：它是半經(jīng)典半量子理論的產(chǎn)物。還應(yīng)用了經(jīng)典物理的軌道和坐標(biāo)的概念.現(xiàn)在是76頁\一共有102頁\編輯于星期六

1.把電子看作是一經(jīng)典粒子，推導(dǎo)中應(yīng)用了牛頓定律，使用了軌道的概念，所以玻爾理論不是徹底的量子論。

2.角動(dòng)量量子化的假設(shè)以及電子在穩(wěn)定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射電磁波的是十分生硬的。

3.不能預(yù)言光譜線的強(qiáng)度?，F(xiàn)在是77頁\一共有102頁\編輯于星期六它是盧瑟福的學(xué)生，在其影響下具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，勤奮好學(xué)，平易近人，后來很多的科學(xué)家都有紛紛來到他身邊工作。當(dāng)有人問他，為什么能吸引那么多科學(xué)家來到他身邊工作時(shí)，他回答說：“因?yàn)槲也慌略谇嗄昝媲氨┞蹲砸训挠薮馈?。這種坦率和實(shí)事求是的態(tài)度是使當(dāng)時(shí)他領(lǐng)導(dǎo)的哥本哈根理論研究所永遠(yuǎn)充滿活力，興旺發(fā)達(dá)的原因。愛因斯坦評價(jià)說：“作為一個(gè)科學(xué)的思想家玻爾具有那么驚人的吸引力；在于他具有大膽和謙遜兩種品德難得的結(jié)合”玻爾其人：現(xiàn)在是78頁\一共有102頁\編輯于星期六n氫原子光譜中的不同譜線αβγδ6562.794861.334340.474101.741215.681025.83972.5418.7540.50賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系-13.6-3.39-1.51-0.850EeV12348連續(xù)區(qū)n=n=n=現(xiàn)在是79頁\一共有102頁\編輯于星期六例17-5試計(jì)算氫原子中巴耳末系的最短波長和最長波長各是多少？解：根據(jù)巴耳末系的波長公式，其最長波長應(yīng)是n=3n=2躍遷的光子，即最短波長應(yīng)是n=n=2躍遷的光子，即現(xiàn)在是80頁\一共有102頁\編輯于星期六例17-6（1）將一個(gè)氫原子從基態(tài)激發(fā)到n=4的激發(fā)態(tài)需要多少能量？（2）處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子可發(fā)出多少條譜線？其中多少條可見光譜線，其光波波長各多少？解：（1）使一個(gè)氫原子從基態(tài)激發(fā)到n=4激發(fā)態(tài)需提供能量為（2）在某一瞬時(shí)，一個(gè)氫原子只能發(fā)射與某一譜線相應(yīng)的一定頻率的一個(gè)光子，在一段時(shí)間內(nèi)可以發(fā)出的譜線躍遷如圖所示，共有6條譜線?，F(xiàn)在是81頁\一共有102頁\編輯于星期六由圖可知，可見光的譜線為n=4和n=3躍遷到n=2的兩條，輻射出光子相應(yīng)的波數(shù)和波長為：現(xiàn)在是82頁\一共有102頁\編輯于星期六14-5光的自發(fā)輻射受激輻射、光放大一、原子的自發(fā)幅射光與原子體系相互作用，同時(shí)存在吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三種過程。在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從高能級E2向低能級E1躍遷，同時(shí)輻射出一光子。滿足條件：h=E2-E1隨機(jī)過程，用概率描述現(xiàn)在是83頁\一共有102頁\編輯于星期六n2——t時(shí)刻處于能級E2上的原子數(shù)密度——單位時(shí)間內(nèi)從高能級E2自發(fā)躍遷到低能級E1的原子數(shù)密度A21——自發(fā)輻射概率（自發(fā)躍遷率）：表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從E2自發(fā)輻射到E1的概率自發(fā)輻射過程中各個(gè)原子輻射出的光子的相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等彼此獨(dú)立，因而自發(fā)輻射的光是非相干光?，F(xiàn)在是84頁\一共有102頁\編輯于星期六1）受激吸收（共振吸收,光的吸收）處在低能級E1的原子受到能量等于h=E2-E1的光子的照射時(shí)，吸收這一光子躍遷到高能級E2的過程。E2E1h

n1

——t時(shí)刻處于能級E1上的原子密度為——單位時(shí)間內(nèi)由于吸收光子從低能級E1躍遷到高能級E2的原子數(shù)密度二、受激輻射和受激吸收現(xiàn)在是85頁\一共有102頁\編輯于星期六入射光強(qiáng)比例系數(shù)受激吸收系數(shù)受激吸收躍遷概率現(xiàn)在是86頁\一共有102頁\編輯于星期六2）受激輻射處在高能級E2的原子，受到能量為h=E2-E1的外來光子的激勵(lì)，由高能級E2受激躍遷到低能級E1，同時(shí)輻射出一個(gè)與激勵(lì)光子全同(即頻率、相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等均同)的光子。E2E1hE2E1hh(a)受激輻射(b)受激輻射的光放大現(xiàn)在是87頁\一共有102頁\編輯于星期六激勵(lì)光強(qiáng)比例系數(shù)受激輻射系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）受激輻射躍遷概率——單位時(shí)間內(nèi)從高能級E2受激躍遷到低能級E1的原子數(shù)密度W21——表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從E2受激輻射躍遷到E1的概率現(xiàn)在是88頁\一共有102頁\編輯于星期六14-6激光原理自從美國人梅曼制造出第一臺激光器以后，到今天人們對激光并不陌生，如激光開刀，可自動(dòng)止血；全息激光照片可以假亂真；還有激光照排、激光美容等….。激光首先是應(yīng)用在軍事上?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭離不開激光。引言：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation激光Laser——受激輻射光放大現(xiàn)在是89頁\一共有102頁\編輯于星期六粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激光是受激幅射的光，但還存在自發(fā)幅射和吸收，要使受激輻射超過吸收和自發(fā)輻射才能實(shí)現(xiàn)光放大根據(jù)玻爾茲曼能量分布律熱動(dòng)平衡下，N2N1，即處于高能級的原子數(shù)大大少于低能級的原子數(shù)——