選修3-5波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)、原子核知識小結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第17章波粒二象性知識小結(jié)考點93、普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射引言：歷史背景19世紀末，人們認為經(jīng)典物理學(xué)已形成完整體系，只剩下修補、完善工作。但仍存在光速問題和黑體輻射問題。（前者引發(fā)了相對論，后者引發(fā)了量子力學(xué)）另：光的干涉、衍射實驗已證實光是一種波，光的偏振實驗已證實光是橫波，并由物理學(xué)家麥克斯韋預(yù)言、由赫茲實驗證實光是電磁波。1、黑體與黑體輻射熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)（還與材料的種類 和表面狀況有關(guān)），這種現(xiàn)象叫熱輻射； 規(guī)律：當溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強。除熱輻射外，物體的表面還會吸收和反射電磁波。黑體、

2、黑體輻射：黑體是指能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射 的物體；黑體輻射的特點：輻射的電磁波強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。黑體輻射的實驗規(guī)律：a、當溫度升高時，各種波長的電磁波的輻射強度都增加；b、當溫度升高時，輻射強度的最大值向波長較短（即頻率較大）的方向移動。經(jīng)典理論解釋的困難：在經(jīng)典理論解釋中有兩個人的研究較出色，但都存在缺陷。維恩公式：在短波區(qū)與實驗非常接近，而長波區(qū)與實驗偏離很大；瑞利公式：在長波區(qū)與實驗基本一致，而短波區(qū)與實驗嚴重不符，不但不符，而且當波長趨于0（即頻率很大）時，輻射強度趨于無窮大史稱“紫外災(zāi)難”。 2、能量子（普朗克） 內(nèi)容：振動著的帶電微粒的能量

3、只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，其輻射或吸收的能量也只能以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收。這個不可再分的最小能量值叫能量子。1900年普朗克能量子假設(shè)重點強調(diào)微觀粒子的能量是不連續(xù)的，即電磁波在吸收和輻射時是一份一份的，但沒有指明電磁的傳播是不連續(xù)的，另外真正說明物質(zhì)世界量子性質(zhì)的科學(xué)家是愛因斯坦。能量子公式：hn （式中h叫普朗克常量，是電磁波的頻率）。振動著的帶電微粒的能量：Enhn （n叫量子數(shù)，為自然數(shù)），在宏觀世界中，通常認為能量是連續(xù)的，而微觀世界中能量是分立的。能量子理論對黑體輻射實驗規(guī)律的解釋實驗符合很好?？键c94、光電效應(yīng)（康普頓效應(yīng)）1、光電效應(yīng)說明光具有粒子性，赫

4、茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，愛因斯坦解釋了光電效應(yīng)。 實驗及現(xiàn)象：用弧光燈照射原來不帶電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針偏轉(zhuǎn)，經(jīng)檢驗驗電器帶正電，說明鋅板帶正電。其原因是：鋅板在紫外線照射下放出了電子（也叫光電子），這種現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。現(xiàn)行教材將實驗過程改為：“用紫外線燈照射原來帶負電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針先閉合再張開”，這樣做的是為了強調(diào)電子從鋅板表面逸出。光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：a、實驗裝置見課本P31圖17.22圖中陰極板為易產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料，若圖中A極電勢高，則它將使光電子加速，對應(yīng)電壓稱之為正向電壓；若圖中A極電勢低，則它將使光電子減速，（與使光電子恰好末到達A極相對應(yīng)的電壓稱之為遏制電壓，此電壓可用于計

5、算光電子的最大初動能，計算式為mev2/2=eUc）。無論哪一種情形，判斷光電子是否到達A極都是利用電流表。b、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：EKm=hn -W0 逸出功W0=hnc 最大初動能EKm=mVm2/2每種金屬都有對應(yīng)的和W0，入射光的頻率大于金屬極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)。光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，光隨入射光頻率的增大而增大。入射光頻率一定時，光電流強度與入射光強度成正比。在入射光頻率、光強一定的情況下，當正向電壓增加一定程度時，光電流的值將保持不變，此電流稱為飽和電流。 光電子的發(fā)射時間一般不超過109秒，與頻率和光強度無關(guān)。經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律的困難：經(jīng)典電磁理論只能解釋

6、上述光電效應(yīng)規(guī)律中的部分規(guī)律。關(guān)鍵問題是經(jīng)典電磁理論中電磁波的強度（單位時間內(nèi)的能量）由振幅決定，而與頻率無關(guān)（錯誤的）。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：受普郎克能量子理論的影響，愛因斯坦提出了光子說，其內(nèi)容是：電磁波的傳播不是不連續(xù)的，而是一份一份的，光本身就是由一個個不可分割的能量子組成，每一份稱之為光子，其能量的計算式為hn。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程為：EK=hn -W0；其中求截止頻率的方法是：nc=W0/h 。光子說對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋：一個電子從“效果”上講只能接收一個光子； 在入射光頻率一定時，入射光增強，意味著單位面積、單位時間內(nèi)的光子數(shù)增多。請弄懂課本P34例題.2、康普頓效應(yīng) ：說明

7、光具有粒子性實驗與現(xiàn)象：X射線（由原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生）穿過石墨晶體時，除了與入射波長相等的成分外，還有大于原波長的成分的現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。研究表明：光子除了具有能量外，還應(yīng)具有動量。這進一步說明了光的粒子性。光子的動量表達式：ph/考點95、光的波粒二象性 物質(zhì)波 （概率波）（P3742）1、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振實驗證實光具有波動性；光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)證實光具有粒子性。從光子的能量公式hn和光子的動量公式ph/可以看出光的粒子說并未否定光的波動說。描述粒子性的物理量是、 p，描述波的物理量是 n 、，起橋梁作用的量是 h。 對光的本性的認識，目前公認的說法是：光具有波粒二象

8、性。2、（實物）粒子的波動性背景：法國的德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽提出實物粒子也具有波粒二象性。德布羅意提出實物粒子也具有波動性。其理解是：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。遵從能量公式hn和光子的動量公式ph/。這種與實物粒子相聯(lián)系的波叫德布羅意波，也叫物質(zhì)波。物質(zhì)波的實驗驗證：將電子束通過鋁箔，觀察到了衍射圖樣，這是物質(zhì)波存在的有力證據(jù)。實物粒子波動性難以觀察是因為德布羅意波的波長很小。3、概率波經(jīng)典的粒子與經(jīng)典的波：在經(jīng)典理論中的粒子：任意時刻的確定的位置和速度、以及時空中的確定的軌道是其特征；在經(jīng)典理論中的波：傳播是彌散的，頻率和波長是其特征，即具有

9、時空周期性。波粒二象性的理解：粒子在空間某處出現(xiàn)的概率滿足波動特點，故稱為概率波。大量光子表現(xiàn)出的波動性強，少量光子表現(xiàn)出的粒子性強；頻率高的光子表現(xiàn)出的粒子性強，頻率低的光子表現(xiàn)出的波動性強。不確定性關(guān)系： 其中表示粒子位置的不確定性，表示粒子在x方向上的動量的不確定性，h是普朗克恒量。第18章原子結(jié)構(gòu)知識小結(jié)考點96、原子核式結(jié)構(gòu)模型（P4753）1、陰極射線1897年英國物理學(xué)家湯姆孫，對陰極射線進行了一系列的研究，測出了該射線的比荷及電性，從而發(fā)現(xiàn)了電子。2、湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的研究過程請看課本P48圖18.12及“思考與討論”3、電子電荷的精確測定是由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的。

10、并由此得出重要結(jié)論：電荷是量子化的，任何帶電體的電量都等于元電荷e的整數(shù)倍。4、湯姆孫原子模型設(shè)想 “棗糕模型”5、盧瑟福的粒子散射實驗 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度，有的幾乎達到180度，即被反向彈回。6、原子核所帶正電荷數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等；原子核的半徑數(shù)量級為10-15m（該數(shù)量級可由粒子散射實驗得到）（而原子半徑大小的數(shù)量級為10-10m）?？键c97、氫原子光譜（P5456）考點98、原子的能級（P5763）1、光譜定義：光按波長或頻率成份和強度的分布記錄；2、分類：光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜，發(fā)射光譜又分

11、為連續(xù)譜和線狀譜。a.熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)譜，其光譜特點是連在一起的光帶。b.稀薄氣體或金屬蒸汽的發(fā)射光譜是線狀譜，其光譜特點是不連續(xù)的亮線的光譜；不同元素的線狀譜是不同的，因此線狀譜是這種元素的特征譜線，可以通過光譜分析鑒別物質(zhì)。c.連續(xù)譜通過溫度較低的氣體后產(chǎn)生的吸收光譜，其光譜特點是連續(xù)譜背景上的若干暗線；因此吸收光譜也是這種元素的特征譜線，可以通過光譜分析鑒別物質(zhì)。原子特征譜線：不同原子的發(fā)射光譜是不同的，線狀光譜與原子是一一對應(yīng)的，它能反映原子的特征，故線狀光譜也稱之為特征譜線。可用于鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成，這種方法稱為光譜分析，其靈敏度可達1010g。3、氫

12、原子光譜（線狀光譜）的實驗規(guī)律實驗：利用氣體放電管放電使稀薄氫氣發(fā)光。（看課本P55圖18.34、18.35）2）實驗規(guī)律（巴耳末公式由可見光范圍內(nèi)所觀測到的氫光譜總結(jié)而得） R（） n3、4、5、6、為里德伯常量，R=1.10×107m1 這個公式表明，該光譜的波長分布具有分立的特點。4、經(jīng)典理論解釋氫光譜遇到的困難（P56）、原子穩(wěn)定性問題加速運動，按經(jīng)典電磁理論它將發(fā)出電磁波（光譜），則運動的電子的能量將減少，則電子最終會在庫侖力的作用下落到核上即原子是不穩(wěn)定的。事實上，核外存在穩(wěn)定的電子云。、線狀光譜問題出的電磁波（光譜）頻率與核外電子運動頻率相同，由于核外電子能量的不斷減少

13、，其軌道半徑在連續(xù)不斷減小，則其運動的頻率也在不斷連續(xù)變化，故原子光譜只能是連續(xù)光譜。事實上存在線狀光譜。5、玻爾的原子模型（P57）出發(fā)點：針對上述經(jīng)典理論的兩個困難，引入量子理論，對核外電子運動情況做出的假設(shè)，在對氫原子光譜的解釋中其正確性得到驗證。玻爾的原子模型假設(shè)（注：課本概括為兩個方面）a軌道假設(shè)：電子繞核運動的軌道是不連續(xù)的（即軌道是量子化的），在這些軌道上電子雖作加速運動，但不輻射電磁波。氫原子的軌道公式：Rnn2R1 R10.53×1010mb定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的。氫原子的能級公式：EnE1/n2 E113.6ev

14、其中n為量子數(shù)。c躍遷假設(shè)：電子由低能級向高能級躍遷時要吸收一定頻率的光子，電子由高能級向低能級躍遷時要輻射一定頻率的光子，光子的能量均由Em-En =hv嚴格決定；理解吸收多少能量可發(fā)生電離。玻爾模型只能解釋氫原子，不能解釋其他原子若用實物粒子與原子碰撞，只要粒子的能量大于等于核外兩軌道的能級差即可。對氫原子光譜的解釋：在可見光范圍內(nèi)所觀察到有氫原子光譜，實際上是電子由3、4、5等高能級狀態(tài)的躍遷到2軌道的能級狀態(tài)所發(fā)出。見上面巴爾末公式。玻爾模型的局限性：雖引入了量子理論，但過多保留了經(jīng)典理論。P59第19章原子核知識小結(jié)考點99、原子核的組成（P6569）原子核的組成：天然放射現(xiàn)象說明原

15、子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它是由法國物理學(xué)家貝克勒耳首先發(fā)現(xiàn)的，后來居里夫婦又先后發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙和鐳。成 份速度帶電情況來源于何處粒子本質(zhì)性 質(zhì)電離作用貫穿能力 射線光速的1/10正電均來自原子核氦核組成的粒子流很 強很弱，一張紙能擋住 射線接近光速負電高速電子流較 強較強，可穿透幾毫米厚的鋁板 射線光速不帶電高頻光子很 弱很強，可穿透幾厘米厚的鉛板考點100、原子核的衰變 半衰期（P7073）放射性元素的衰變與原子核的人工轉(zhuǎn)變（核反應(yīng)） 1、核反應(yīng)規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒衰變：質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2 衰變：質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1。（即1個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子，同時釋放1電子）射線是伴隨衰變放射

16、出來的高頻光子流，衰變不能同時發(fā)生。2、半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。半衰期與物理及化學(xué)環(huán)境無關(guān)。考點101、放射性的應(yīng)用與防護 放射性同位素（P7679）1、放射性同位素：a.人工放射性同位素1000多種，天然的只有40多種。b.正電子的發(fā)現(xiàn)（1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里用粒子轟擊鋁時）c.與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素優(yōu)點：放射強度容易控制。 可以制成各種需要的形狀。半衰期更短。 放射性廢料容易處理d.放射性同位素的應(yīng)用由于射線貫穿本領(lǐng)強，可以用來射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密

17、度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制利用射線使空氣電離而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.考點102、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損（P7982）考點103、核反應(yīng)方程1、核力：核力是短程力：作用范圍在1.5×1015m 以內(nèi)，超過1.5×1015m核力急劇下降幾乎消失。另：在0.8×1015m到1.5×1015m范圍內(nèi)核力表現(xiàn)為引力；而在0.8×1015m以內(nèi)表現(xiàn)為斥力，因此核子不能融合在一起。核

18、力具有飽和性：每個核子只跟相鄰的核子之間有相互作用。核力與核子帶不帶電、帶電的電性沒有關(guān)系。隨著原子序數(shù)在增大，核內(nèi)的中子數(shù)將大于質(zhì)子數(shù)。結(jié)合能：組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能越高。比結(jié)合能越大（結(jié)合能與核子數(shù)之比，也叫平均結(jié)合能），原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，因此重核裂變、輕核聚變時核子將發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能。自然界的四種基本相互作用是：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。（弱相互作用是引起衰變的原因，其作用范圍1018m 以內(nèi)）2、質(zhì)量虧損：核聚變與核裂變都會放出能量，質(zhì)量都會減少，核電站與原子彈為核裂變，氫彈與太陽內(nèi)部為核聚變3、愛因斯坦質(zhì)能方程： E=mc2 E=m·c2 1u 的質(zhì)量變化相當于931.5Me V的能量。（1u：1原子質(zhì)量單位）請看、理解、計算選修35P81例題， P88習(xí)題4，P82圖19.53 考點104、重核裂變 核聚變（P8390） 1、重核裂變（核裂變）：重核在粒子（中子）作用下分裂成兩個（或幾個）中等質(zhì)量核的核反應(yīng)叫重核裂變。發(fā)生連續(xù)裂變叫鏈式反應(yīng)，其條件是其體積要超過臨界體積，同