高中物理选修3-5波粒二象性、原子结构、原子核知识小结

1、17 章波粒二象性学问小结93、普朗克能量子假说 黑体和黑体辐射引言：历史背景19 世纪末，人们认为经典物理学已形成完整体系，只剩下修补、完善工作。但仍存在光速问题和黑体辐射问题前者引发了相对论，后者引发了量子力学干预、衍射试验已证明光是一种波， 光的偏振试验已证明光是横波，并由物理学家麦克斯韦预言、由赫兹试验证明光是电磁波。1、黑体与黑体辐射热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关还与材料的种类 和外表状况有关种现象叫热辐射； 规律：当温度上升时，热辐射中较短波长的成分越来越强。除热辐射外，物体的外表还会吸取和反射电磁波。黑体是指能够完全吸取入射的各种波长的电磁波而不发生反射

2、 的物体；黑体辐射的特点：辐射的电磁波强度按波长的分布只与黑体的温度有关。黑体辐射的试验规律：a、当温度上升时，各种波长的电磁波的辐射强度都增加；b、当温度上升时，辐射强度的最大值向波长较短即频率较大的方向移动。经典理论解释的困难：短波区与试验格外接近，而长波长波区与试验根本全都，而短波区与试验严峻不符，不但不0即频率很大时，辐射强度趋于无穷大史称“紫外灾难2、能量子普朗克整数倍最小能量值为单位一份一份地辐射或吸取。这个不行再分的最小能量值叫能量子。1900 年普朗克能量子假设重点强调微观粒子一份一份的，爱因斯坦。能量子公式：h式中h 普朗克常， 是电磁波频率。振动着的带电微粒的能量nn 叫量

3、子数，为自然数，在宏观世界中，通常认为能量是连续的，而微观世界中能量是分立的。能量子理论对黑体辐射试验规律的解释试验符合很好。考点 94、光电效应康普顿效应1、光电效应说明光具有粒子性，赫兹觉察了光电效应，爱因斯坦解释了光电效应。试验及现象：用弧光灯正电，说明锌板带正电电子光电效应。现行教材将试验过程改为紫外线负电先闭合再张开的是为了强调电子从锌板外表逸出。光电效应的试验规律：a、试验装置见课本P31 17.22e图中阴极板为易产生光电效应的材料，假设图中A 极电势高，则它将使光电子加速，对应电压称之为正向电压；假设图中A 减速与使光电子恰好末到达A 最大初动能，计算式为m v2/2=eUA

4、电流e表。0b、光电效应的试验规律：EKm=h -W00cW =h0cKmEKmm=mVm2/2c每种金属都有对应的和Wc光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。光电流强度与入射光强度成正比程度时，光电流的值将保持不变，此电流称为饱和电流。 光电子的放射时间一般不超过19 秒，与频率和光强度无关。经典理论解释光电效应规律的困难： 经典电磁理论只能解释上述光电效应规律中的局部规律。关键问题是经典电磁理论中电磁波的强度单位时间内的能量由振幅打算，而与频率无关错误的。爱因斯坦的光电效应方程：不是不连续的，而是一份一份的，光本身就是由一个个不行分割的能量子组成，每一份称之为光

5、子，其能量的计算式为h。爱因斯坦的光电效应方程为：E =h -W ；其中求截止频率的方法是： =W /h。K0c0光子说对光电效应规律的解释一个电子“效果上讲只能接收一个光子；在入射光频率肯定时，入射光增加，意味着单位面积、单位时间内的光子数增多。P34 例题.2、康普顿效应 ：说明光具有粒子性试验与现象：X 射线由原子内层电子受激发产生穿过石墨晶体时，除了与入射波长相等的成格外，还有大于原波长的成分的现象叫康普顿效应。争辩说明：光子除了具有能量外，还应具有动量。这进一步说明白光的粒子性。光子的动量表达式：ph/考点9、光的波粒二象性物质波概率波P3741、光的波粒二象性光的光电效应、康普顿效

6、应证明光具有粒子性。从光子的能量公式h ph/p，描述波的物理量是 、，起桥梁作用的量是 h。 对光的本性的生疏，目前公认的说法是：光具有波粒二象性。2实物粒子的波动性能量子和爱因斯坦光子理论德布罗意提出实物粒子也具有波动性运动的粒子都与一个对应的波式h ph/。这种与实物粒子相联系的波叫德布罗意波，也叫物质波。衍射图样，这是物质波存在的有力证据。实物粒子波动性 难以观看是由于德布罗意波的波长很小。3、概率波位置和速度定的轨道是其特征；在经典理论中的波：传播是弥散的，频率和波长是其特征，即具有时空周期性。波粒二象性的理解：粒子在空间某处消灭的概率满足波动特点，故称为概率波。大量光子表现出的波动

7、性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光 子表现出的波动性强。xp 定性，h 是普朗克恒量。h其中x px 方向上的动量的不确418 章原子构造学问小结考点 96、原子核式构造模型P475311897 从而觉察了电子。2、汤姆孙觉察电子的争辩过程请看课本P48 18.12 及“思考与争辩”3、电子电荷的准确测定是由密立根通过有名的“油滴试验量子化的， 任何带电体的电量e 的整数倍。4、汤姆孙原子模型设想 “枣糕模型”5、卢瑟福的粒子散射试验 绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。有少数 粒子发生较大角度的偏转有极少数 90 180 度，即被反向

8、弹回。6、原子核所带正电荷数与质子数相等；原子核的半径数量级为 10-15m该数量级可由粒子散射试验得到而原子半径大小的数量级为1-1。考点 97、氢原子光谱P5456考点 98、原子的能级P57631、光谱定义：光按波长或频率成份和强度的分布记录；2、分类：光谱分为放射光谱和吸取光谱，放射光谱又分为连续谱和线状谱。炎热的固体、液体和高压气体的放射光谱是连续谱，其光谱特点是连在一起的光带。淡薄气体或金属蒸汽因此线状谱是这种元素的特征谱线，可以通过光谱分析鉴别物质。连续谱通过温度较低的气体后产生的吸取光谱，其光谱特点是连续谱背景上的假设干暗线；因此吸取光谱也是这种元素的特征谱线，可以通过光谱分析

9、鉴别物质。原子特征谱线：不同原子的放射光谱是不同的光谱也称之为特征谱线。可用于鉴别物质和确定物质的组成，这种方法称为光谱分析1010g。3、氢原子光谱线状光谱的试验规律试验：利用气体放电管放电使淡薄氢气发光P55 18.34、18.352试验规律巴耳末公式由可见光范围内所观测到的氢光谱总结而得111R n3、4、5、6、为里德伯常量，R=1.10107m122n2这个公式说明，该光谱的波长分布具有分立的特点。4、经典理论解释氢光谱遇到的困难P56加速运动，按经典电磁理论它将发出电磁波光谱则电子最终会在库仑力的作用下落到核上即原子是不稳定的。事实上，核外存在稳定的电子云。、线状光谱问题出的电磁波

10、光谱频率与核外电子运动频率一样，由于核外电子能量的不断削减，其事实上存在线状光谱。5、玻尔的原子模型P57动身点：针对上述经典理论的两个困难，引入量子理论，对核外电子运动状况做出的假设，在对氢原子光谱的解释中其正确性得到验证。玻尔的原子模型假设注：课本概括为两个方面a 电子绕核运动的轨道是不连续的即轨道是量子化的，在这些轨道上电子虽作加速运动，但不辐射电磁波。氢原子的轨道公式：Rn2R1R 0.531010mn1b 定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的。n1EE氢原子的能级公式： EEn1/n213.6evn 为量子数。1c 跃迁假设：电子由低能级向高能级跃

11、迁时要吸取肯定频率的光子，电子由高能级向低能级跃迁时要辐射肯定Em-En =hv 严格打算；1理解吸取多少能量可发生电离。玻尔模型只能解释氢原子，不能解释其他原子假设用实物粒子与原子碰撞，只要粒子的能量大于等于核外两轨道的能级差即可。对氢原子光谱的解释：在可见光范围内所观看到有氢原子光谱，实际上是电子由3、4、5等高能级状态的2的能级状态所发出。见上面巴尔末公式。玻尔模型的局限性：虽引入了量子理论，但过多保存了经典理论。P5919 章原子核学问小结99、原子核的组成P6569性元素钋和镭。成 份速度带电性元素钋和镭。成 份速度带电来源于粒子本质性质100、原子核状况何处电离作用贯穿力量的衰变

12、半衰期射线1/10正电均来自氦核组成的粒子流很强很弱，一张纸能挡住P7073射线接近光速负电原子核高速电子流较强较强，可穿透几毫米厚的铝板放射性元素的衰变射线光速不带电高频光子很弱很强，可穿透几厘米厚的铅板与原子核的人工转变核反响1、核反响规律：电荷数和质量数守恒 42衰变：质量数不变，电荷数增加1即1 个中子转化为一个质子，同时释放1 电子射线是伴随衰变放射出来的高频光子流，衰变不能同时发生。2、半衰期：半衰期与物理及化学环境无关。101、放射性的应用与防护 放射性同位素P76791、放射性同位素：1000 40 多种。正电子的觉察1934 年，约里奥居里和伊丽芙居里用 粒子轰击铝时与自然的

13、放射性物质相比，人造放射性同位素优点：放射强度简洁把握。可以制成各种需要的外形。半衰期更短。 放射性废料简洁处理放射性同位素的应用由于 射线贯穿本领强，可以用来 射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹 自动把握利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消退化纤、纺织品上的静电利用射线照耀植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等作为示踪原子：用于工业、农业及生物争辩等.102、核力与结合能 质量亏损P7982103、核反响方程1、核力：1.51015m 1.51015m 核力急剧下降几乎消逝。另：在0.81015m 1.51015m 范围内核力表现为引力0.81015m 以内表现为斥力，

14、因此核子不能融合在一起。核力具有饱和性：每个核子只跟相邻的核子之间有相互作用。核力与核子带不带电、带电的电性没有关系。随着原子序数在增大，核内的中子数将大于质子数。结合能：组成原子核的核子越多，它的结合能越高。比结合能越大，原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定，因此重核裂变、轻核聚变时核子将发生质量亏损，释放结合能。自然界的四种根本相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用弱相互作用是 1018m 以内2、质量亏损：核聚变与核裂变都会放出能量，质量都会削减，核电站与原子弹为核裂变，氢弹与太阳内部为 核聚变3、爱因斯坦质能方程： E=mc

15、2E=mc21u 的质量变化相当于931.5Me V 的能量1u：1 原子质量单位请看、理解、计算35P81 例题， P884，P82 19.53104、重核裂变 核聚变P83901、重核裂变核裂变中子或几个中等质量核的核反响叫重核裂变。发生连续裂变叫链式反响，其条件是其体积要超过临界体积，同时要有中子进入裂变物质。92在核电站的核反响堆中，重核并不用纯的235 U，打击用的中子是热中子，又叫慢中子，但核反响产生的中子石墨、重水和一般水轻水镉棒吸取中子，棒插入越深，裂变反响速度越慢。92核聚变较大轻核聚变。发生轻核聚变的条件：要使轻核接近到 1015m 几百万摄氏度的高温故也称轻核聚变为热核反响。效率高：即平均每个核子放出的能量多核裂变平均每个核子放出1Mev 核聚变平均每个核子放出3Mev ；聚变燃料丰富；聚变更安全、清洁。熟记一些粒子的符号及一些试验事实的核反响方程式1、 粒子4He 、质子1H 、中子1n 、电子 0e、氘核2H 、氚核3H 211112、卢瑟福用 粒子轰击氦核，觉察质子： 14N 4He 17O 1H7281贝克勒耳觉察自然放射