一、 氢原子光谱的实验规律

1. §8-1氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 一、氢原子光谱的实验规律 6563A 4861A 4341A 4102A 3646A 物理系 从守民

2. 1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱： 用波数(波长的倒数)表示： ----巴耳末公式 物理系 从守民

3. 的整数 • 1889年瑞典物理学家里德伯提出一个普遍方程 ----里德伯公式 ----里德伯常量 R=1.096776107m-1 • 不同的k对应不同的谱系；当k一定时，每一n值对应于一条谱线 物理系 从守民

4. 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 物理系 从守民

5. 1890年里德伯,里兹等人发现碱金属原子光谱有类似的规律1890年里德伯,里兹等人发现碱金属原子光谱有类似的规律 ----里兹并合原理 • 里兹并合原理反映了原子的内在规律 物理系 从守民

6. 二、玻尔的氢原子理论 • 1897年英国物理学家汤姆逊通过阴极射线实验发现了电子 • 1904年汤姆逊提出原子的“嵌梅布丁”模型：每个电子分布在正电荷组成的球中，并绕平衡位置震荡 物理系 从守民

7. 1907年卢瑟福等人通过粒子对原子核的散射实验否定了汤姆逊模型1907年卢瑟福等人通过粒子对原子核的散射实验否定了汤姆逊模型 离中心越近散射角越大 卢瑟福：“这几乎就如你用15英寸炮弹射向一张手纸，结果它反回来击中了你一样不可思议” 物理系 从守民

8. 1911年卢瑟福提出原子核模型：原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成1911年卢瑟福提出原子核模型：原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成 物理系 从守民

9. 1.经典物理的困难 • 原子的稳定性：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 • 原子光谱的分立性：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。 物理系 从守民

10. 2.玻尔理论的基本假设 • 1913年丹麦物理学家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分立性，提出假设： • 定态假设：原子系统只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 物理系 从守民

11. 频率条件:当原子从一个能量为En的定态跃迁到另一个能量为Ek的定态时，就要发射或吸收一个频率为 kn的光子 En>Ek---发射光子 En<Ek---吸收光子 物理系 从守民

12. 量子化条件:电子在稳定圆轨道上运动时，其轨道角动量L=mvr必须等于h/2的整数倍，即量子化条件:电子在稳定圆轨道上运动时，其轨道角动量L=mvr必须等于h/2的整数倍，即 ----量子数 ----约化普朗克常数 • 1922年玻尔因对原子结构和原子放射性的研究获诺贝尔物理学奖 物理系 从守民

13. 3.氢原子轨道半径和能量的计算 (1)轨道半径 根据牛顿定律和库仑定律有 而 可得 ----量子化 物理系 从守民

14. 时： r1=0.52910-10 m ----玻尔半径 (2)能量 氢原子的能量等于电势能和电子的动能之和 物理系 从守民

15. 由 有 ----量子化 • 量子化的能量称为能级 物理系 从守民

16. 时：  时：  时：  讨论： ----基态能级 此时能量最低，原子最稳定 激发态能级 此时能级趋于连续，原子趋于电离，即基态氢原子的电离能为13.6eV • 电离状态时，E>0，并可连续变化 物理系 从守民

17. 激发态 基态 能级 电子轨道 物理系 从守民

18. En/eV 0 -0.85 -1.51 -3.39 -13.6 物理系 从守民

19. 4.里德伯公式的推导 • 氢原子从高能级En跃迁到低能级Ek时，氢原子的发光频率为 波数为 物理系 从守民

20. ----与实验结果符合得很好 其中 5.玻尔理论的缺陷 • 以经典理论为基础，其定态时不发出辐射的假设又与经典理论相抵触 • 量子化条件没有适当的理论解释 • 玻尔理论只能求出谱线频率，对强度宽度和偏振等都无法处理 物理系 从守民

21. 一、光与原子的相互作用 1.粒子数按能级的分布 §8-2激光的基本原理 2③.辐射能量交换的三种方式 ①受激吸收②自发辐射 ③受激辐射 物理系 从守民

22. 两个光子频率相同，方向同，振向同，位向 ④光放大与光吸收 二、激光的产生 1.粒子数反转 三能级系统 E3 自发辐射 抽运 E2（亚稳态）n2>n1反转 E1 物理系 从守民

23. E4 E3 E2 E1 四能级系统 抽 快 慢 快 n2>n1 反转 2.谐振腔：选择共振波长 提高单色性 物理系 从守民

24. §8-3激光的特点和应用 全反镜 工作物质 部分反射镜 输出 一、激光的特点 1.高亮度 2.方向性好 3.单色性好 4.相干性好 二、激光器的种类 1.气体—He-Ne激光器 2.固体—红宝石 3.液体—染料激光器 物理系 从守民

25. 三、激光的应用 1.激光测距：激光雷达和激光准直 2.激光用于农业 3.激光用在加工领域 4.激光用语医疗领域 5.激光通信 6.激光与能源 7.全息照相 8.激光舞台与激光唱片 9.激光在物理基础研究方面的应用 物理系 从守民

26. §8-4全息照相 §9.3 全息照相 • 一般照相记录的是被照物反射到底片的强度—振幅信息，洗出相片是二维平面图，没有立体感，因为没记录被照物的位相信息。 • 一、定义 能记录被照物各点的发射光的振幅和位相的全息信息—称全息照相 • 二、基本原理 • 首先将景物的特定波面记录下来，在一步就是在观察时将原来的特定波面显现出来。 • 将一束激光照射到物体上，使反射光照到记录底片（感光片）上，同时将一束和上述物光相干的参考光也照射到底片上，使物光和参考光在底片上干涉，形成复杂的干涉条纹，通过感光显影、定影，就形成了全息底片。 • 观察时，将参考光和原来一样方向照明底片，由于衍射作用，就能产生极衍射波，其中就有一束波面线总在原来被摄物体之处，（虚象）还有一个是实象。 物理系 从守民

27. §8-5非线性光学概述 一、极化强度和极化波 原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度 极化场发射次极电磁波 二、线性光学 入射光场强为E 若 物理系 从守民

28. 为极化率 P只与E的一次方成正比 次极电磁波和入射场有相同的频率，次极波 叠加的结果，决定物质时，入射光场的反射，折射和反射等，也满足光的独立性原理，以上现象 为线性光学现象 三、非线性光学 物质对光场的响应与光的场强的关系为非线 性关系。 式中 ， ， 都是物质有关的系数，后项多数比前项小的多。如仅取后两项 物理系 从守民

29. 其中 表示原子内平均场强 当外界光场强E远小于时，要观察非线性光学 现象需要高强度激光束。只有激光引进以后，非 线性光研究才得以快速发展。 四、非线性光学现象 1.信频技术 2.受激拉曼散射 3.激光自聚焦 物理系 从守民

30. 光学课程总结 共讨论了四类问题 非温度辐射 基尔霍夫定律 • 光的发散 热辐射 黑体辐射 普朗克量子假设 受激辐射 激光，非线性光学 物理系 从守民

31. 相干条件 分波面干涉 干涉 分振幅干涉 时空相干性 惠-菲原理 菲涅耳衍射——半波带、矢量合成法 单缝 衍射 夫琅和费衍射 圆孔 多缝（光栅） 光的传播 费马原理 衍射特例——几何光学 成象条件、公式 仪器原理 概念 产生 偏振 检验 干涉 应用 光的传播速度 物理系 从守民

32. 光的吸收 光的散射 • 光与物质的相互作用 光的色散 光电效应 康普顿效应 • 光的本性：波粒二象性： 返回 物理系 从守民