波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)、氫原子光譜江蘇高考總復(fù)習(xí)物理

1、一、普朗克的能量子假說(shuō)一、普朗克的能量子假說(shuō) 1能量子能量子 (1)定義：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能定義：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能 量值量值的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也 是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的， 這個(gè)不可再分的最小能量值這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子叫做能量子 (2)關(guān)系式：關(guān)系式：h，是電磁波的頻率；是電磁波的頻率；h是普朗克常是普朗克常 量，量，h6.62610 34 Js. 2能量量子化：能量量子化：普朗克的假設(shè)認(rèn)為微觀粒子的能量是量子

2、普朗克的假設(shè)認(rèn)為微觀粒子的能量是量子 化的，或說(shuō)微觀粒子的能量是分立的化的，或說(shuō)微觀粒子的能量是分立的 二、黑體與黑體輻射二、黑體與黑體輻射 1熱輻射：熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的 溫度有關(guān)，因此叫熱輻射溫度有關(guān)，因此叫熱輻射 2黑體：黑體：能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生 反射的物體叫黑體反射的物體叫黑體 3黑體輻射黑體輻射 (1)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度 有關(guān)有關(guān) (2)如圖如圖1511所示，隨溫度的升高，各種波

3、長(zhǎng)的電所示，隨溫度的升高，各種波長(zhǎng)的電 磁波的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較磁波的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較 短的方向移動(dòng)短的方向移動(dòng) 三、光電效應(yīng)三、光電效應(yīng) 1光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子 從表面逸出的現(xiàn)象從表面逸出的現(xiàn)象 2光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式：表達(dá)式：hEkW0或或EkhW0. (2)物理意義：金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量物理意義：金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量 是是h，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0， 剩下的表現(xiàn)為逸出

4、后電子的最大初動(dòng)能剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek 存在遏止頻率存在遏止頻率 電子從金屬表面逸出，首先須克服金屬原子電子從金屬表面逸出，首先須克服金屬原子 核的引力做功核的引力做功W0，即要使入射光子能量不小，即要使入射光子能量不小 于于W0，對(duì)應(yīng)的頻率，對(duì)應(yīng)的頻率 即遏止頻率即遏止頻率 光電子的最大光電子的最大 初動(dòng)能隨著入初動(dòng)能隨著入 射光頻率的增射光頻率的增 大而增大，與大而增大，與 入射光強(qiáng)度無(wú)入射光強(qiáng)度無(wú) 關(guān)關(guān) 電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用 做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只 有直接從金屬

5、表面飛出的光電子才具有最大有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大 初動(dòng)能對(duì)于確定的金屬，初動(dòng)能對(duì)于確定的金屬，W是一定的，故是一定的，故 光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大 而增大而增大 3對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 光電效應(yīng)具光電效應(yīng)具 有瞬時(shí)性有瞬時(shí)性 光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能 量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累 的過(guò)程的過(guò)程 光較強(qiáng)時(shí)飽光較強(qiáng)時(shí)飽 和電流大和電流大 光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金 屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，

6、因而飽和電流屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流 較大較大 (1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng) 及光電子的初動(dòng)能及光電子的初動(dòng)能 (2)光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，與光子不同光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，與光子不同 四、康普頓效應(yīng)四、康普頓效應(yīng) 1光的散射：光的散射：光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光 的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象 2康普頓效應(yīng)：康普頓效應(yīng)：在光的散射中，散射的光線除了與入射在光的散射中，散射的光線除了與入射 波長(zhǎng)波長(zhǎng)0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于相同的成分外，還有波長(zhǎng)大

7、于0的成分，這個(gè)現(xiàn)的成分，這個(gè)現(xiàn) 象叫做康普頓效應(yīng)象叫做康普頓效應(yīng) 3康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能 量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的粒子性的一面量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的粒子性的一面 4光子的動(dòng)量：光子的動(dòng)量：p 五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性 1光的本性：光的本性：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光 具有波粒二象性具有波粒二象性 2光子的能量和動(dòng)量光子的能量和動(dòng)量 (1)光子能量光子能量h (2)光子動(dòng)量：光子動(dòng)量：p 能量能量和動(dòng)量和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長(zhǎng)是

8、描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長(zhǎng)和頻和頻 率率是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量因此是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量因此h和和 p 揭示了光的波動(dòng)性和粒子性之間的密切關(guān)系而普朗揭示了光的波動(dòng)性和粒子性之間的密切關(guān)系而普朗 克常量克常量h起到了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁作用起到了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁作用 3德布羅意波德布羅意波(物質(zhì)波物質(zhì)波) (1)德布羅意假說(shuō)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性德布羅意假說(shuō)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 (2)德布羅意波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子，都與一個(gè)對(duì)德布羅意波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子，都與一個(gè)對(duì) 應(yīng)應(yīng) 的波相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅的波相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)

9、為德布羅 意波，也叫做物質(zhì)波意波，也叫做物質(zhì)波 (3)物質(zhì)波的波長(zhǎng)和頻率：物質(zhì)波的波長(zhǎng)和頻率： (4)物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射 的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng) 性性 六、概率波六、概率波 1光波是一種概率波光波是一種概率波 光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用的結(jié)果，而是光子自光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用的結(jié)果，而是光子自 身固有的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的身固有的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的 規(guī)律確定，所以，

10、光波是一種概率波規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波 2物質(zhì)波也是概率波物質(zhì)波也是概率波 對(duì)于電子和其他微觀粒子，單個(gè)粒子的位置是不確定對(duì)于電子和其他微觀粒子，單個(gè)粒子的位置是不確定 的，但在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確的，但在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確 定而且，對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的定而且，對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的 宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波 七、不確定性關(guān)系七、不確定性關(guān)系 1微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征 不再遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒不再遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒 子

11、的位置和動(dòng)量，不可能用子的位置和動(dòng)量，不可能用“軌跡軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)來(lái)描述粒子的運(yùn) 動(dòng)，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過(guò)概率做統(tǒng)計(jì)性的動(dòng)，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過(guò)概率做統(tǒng)計(jì)性的 描述描述 2不確定性關(guān)系不確定性關(guān)系 以以x表示粒子位置的不確定量，以表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在表示粒子在x方向上方向上 的動(dòng)量的不確定量，那么的動(dòng)量的不確定量，那么xp 式中式中h是普朗克常是普朗克常 量這就是著名的不確定關(guān)系量這就是著名的不確定關(guān)系 八、原子結(jié)構(gòu)八、原子結(jié)構(gòu) 1電子的發(fā)現(xiàn)：電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電 子，明確電子是原子的組成部分，揭開(kāi)

12、了研究原子結(jié)子，明確電子是原子的組成部分，揭開(kāi)了研究原子結(jié) 構(gòu)的序幕構(gòu)的序幕 2原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)模型 在原子中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子全部的正在原子中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子全部的正 電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上，帶負(fù)電的電電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上，帶負(fù)電的電 子在核外空間繞核高速旋轉(zhuǎn)子在核外空間繞核高速旋轉(zhuǎn) 九、氫原子光譜九、氫原子光譜 1光譜分析：光譜分析：每種原子都有自己的特征譜線，利用它每種原子都有自己的特征譜線，利用它 來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分的方法叫光譜分析來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分的方法叫光譜分析 2氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子

13、光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 巴耳末系是氫光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式巴耳末系是氫光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式 (n3,4,5，R是里德伯常量，是里德伯常量，R 1.10107m 1) 十、玻爾理論十、玻爾理論 1定態(tài)：定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這 些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并 不向外輻射能量不向外輻射能量 2躍遷：躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或 吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量吸收一定頻率的光子

14、，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量 差決定，即差決定，即hEmEn.(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.6310 34Js) 3軌道：軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道 繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子 的可能軌道也是不連續(xù)的的可能軌道也是不連續(xù)的 十一、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式十一、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 1氫原子的能級(jí)和軌道半徑氫原子的能級(jí)和軌道半徑 (1)氫原子的能級(jí)公式：氫原子的能級(jí)公式：En (n 1,2,3，)， 其中其中E1為基態(tài)能量，為基態(tài)能量，E113.6 eV. (2)氫

15、原子的半徑公式：氫原子的半徑公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其，其 中中 r1為基態(tài)半徑，又稱(chēng)玻爾半徑，為基態(tài)半徑，又稱(chēng)玻爾半徑，r10.5310 10 m. 2氫原子的能級(jí)圖：氫原子的能級(jí)圖：如圖如圖1512所示所示 (1)能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)定態(tài) (2)橫線左端的數(shù)字橫線左端的數(shù)字“1,2,3，”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字表示量子數(shù)，右端的數(shù)字 “ “ 13.6，3.4 ” ”表示氫原子的能級(jí)表示氫原子的能級(jí) (3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大，相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大， 相鄰的能級(jí)差越小相鄰的能級(jí)差越小 (4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原 子躍遷條件為：子躍遷條件為：hEmEn. (1)原子躍遷條件原子躍遷條件hEmEn只適用于光只適用于光 子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況對(duì)于光子子和原子作用而使原子