高考物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)歸納

1、波粒二象性知識(shí)要點(diǎn)梳理知識(shí)點(diǎn)一 黑體與黑體輻射要點(diǎn)詮釋：1、熱輻射固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)：任何物體任何溫度均存在熱輻射。輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同，這是熱輻射的一種特性。對(duì)于一般材料的物體，溫度越高，熱輻射的波長越短、強(qiáng)度越強(qiáng)。物體在室溫時(shí)熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)。例如投在爐中的鐵塊由于不斷加熱，鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。熱輻射強(qiáng)度還與材料的種類、表面狀況有關(guān)。熱輻射

2、的過程中將熱能轉(zhuǎn)化為電磁能。2、黑體與黑體輻射能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為絕對(duì)黑體，簡稱黑體。不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，如圖所示，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成為了一個(gè)絕對(duì)黑體。對(duì)上圖中的空腔加熱，空腔內(nèi)的溫度升高，小孔就成了不同溫度下的導(dǎo)體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明黑體輻射強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。利用分光技術(shù)和熱電偶等設(shè)備就能測出它所輻射的電磁波強(qiáng)度按波長的分布情況。如下圖畫出了四

3、種溫度下黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系：從中可以看出，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解析：物體中存在著不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒，每個(gè)帶電微粒的振動(dòng)都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)的知識(shí)尋求黑體輻射的解釋。德國物理學(xué)家維恩在1896 年、 英國物理學(xué)家瑞利在1900年分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。維恩公式在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離很大；瑞利公式在長波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符。而且當(dāng)波長趨于零時(shí)，輻射竟變成無窮大， 這顯然是荒謬的。由于波長很小

4、的輻射處于紫外線波段，故而由理論得出的這種荒謬結(jié)果被認(rèn)為是物理學(xué)理論的災(zāi)難，當(dāng)時(shí)被稱為紫外災(zāi)難。為了得出同實(shí)驗(yàn)符合的黑體輻射公式，1900 年底，德國物理學(xué)家普朗克提出了能量子的概念。3、能量子輻射黑體分子、 原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量 （稱為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1, 2, 3, . n. n 為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對(duì)于頻率為 的諧振子最小能量為=h，其中 是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后被稱為普朗克常量，其值為 h=6.62610-

5、34js。注意：宏觀世界中我們說的能量值是連續(xù)的，而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。借助于能量子的假設(shè)，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，如圖所示，與實(shí)驗(yàn)符合令人擊掌叫絕。知識(shí)點(diǎn)二 光電效應(yīng)要點(diǎn)詮釋：1、光電效應(yīng)現(xiàn)象在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象，叫光電效應(yīng)。光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流。研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖，陰極k 和陽極 a 是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，k 在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。電源加在k 與 a 之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。電源按圖示極性連接時(shí)，

6、陽極a 吸收陰極 k 發(fā)出的光電子， 在電路中形成了光電流。利用這個(gè)圖示的電路就可以研究光電流和照射光的強(qiáng)度、光的頻率（顏色）等物理量之間的關(guān)系。2、光電效應(yīng)規(guī)律（1）存在著飽和光電流is與入射光強(qiáng)度成正比。a.在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增加，光電流趨于一個(gè)飽和值b.入射光越強(qiáng)，飽和電流越大如果用一定頻率和強(qiáng)度的單色光照射陰極k，改變加在a 和 k 兩極間的電壓u，測量光電流i 的變化，則可得如圖所示的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)表明：光電流i 隨正向電壓u 的增大而增大，并逐漸趨于其飽和值is；而且飽和電流is的大小與入射光強(qiáng)度成正比。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以解釋為，控制入射光的強(qiáng)度、頻率不變時(shí)，

7、從陰極k 射出的電子的數(shù)目和初速度相同，當(dāng)增加電壓時(shí)射到陽極a 的電子的速度增大，根據(jù)i nqvs 可知電流增大，但速度增大不能無限地增大，最大速度是光速，所以電流存在飽和值。當(dāng)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極k 上所有逸出的光電子全部飛到了陽極a 上，即： is= ne，其中 n是單位時(shí)間內(nèi)陰極k 上逸出的光電子數(shù)?？刂齐妷汉凸獾念l率不變，增大入射光的強(qiáng)度，n 增大，飽和電流越大。因此光電效應(yīng)的上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以表述為：單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比。（2）存在著遏止電壓和截止頻率a.當(dāng)所加電壓為零時(shí)，電流i 并不為零只有施加反向電壓，電流才有可能為零由上圖可見， a 和 k

8、兩極間的電壓為零時(shí)，光電流并不為零，只有當(dāng)兩極間加了反向電壓u=-uc0，無論光多么微弱，從光照射陰極到光電子逸出，這段時(shí)間不超過10-9s。光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間如此之短，通常稱它是瞬時(shí)發(fā)生的。3、波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律的疑難但是按照波動(dòng)理論，應(yīng)得出如下結(jié)論：光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏制電壓uc 應(yīng)該和光的強(qiáng)弱有關(guān)，但事實(shí)是在入射光的頻率相同的情況下，改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，遏制電壓不變；不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子就可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率，但事實(shí)上存在截止頻率，當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率時(shí)，無論入射光多么強(qiáng)，都不會(huì)看到光電效應(yīng)；如果光很弱，按照經(jīng)典電磁理論

9、估算，電子需要幾分鐘或者十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需要的能量，這些結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。眾多的疑難呼喚著新的思想，新的觀念，新的理論。知識(shí)點(diǎn)三 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程要點(diǎn)詮釋：1、新理論的誕生光子說（1）背景普朗克在研究熱輻射規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有認(rèn)為電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，理論計(jì)算的結(jié)果才能和實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。每一份能量叫做一個(gè)能量子，每個(gè)能量子的能量為=h。受普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦認(rèn)為：光在空間傳播正向粒子那樣運(yùn)動(dòng)，這個(gè)粒子后來被稱為“光子”（2）內(nèi)容空間傳播的光不是連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，每個(gè)光子的能量為=h。（3）愛因斯坦的光子與普朗克的能量子

10、的異同相同點(diǎn)：都認(rèn)為能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份能量為=h。 （能量量子化）不同點(diǎn)：普朗克認(rèn)為能量子仍以波的形式傳播；愛因斯坦認(rèn)為光子在空間的傳波向粒子一樣。注意： 愛因斯坦的光子與牛頓的粒子有著本質(zhì)的不同。光子是只有能量而無靜止質(zhì)量的粒子，而牛頓的粒子是指實(shí)物粒子。2、光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋光是由一個(gè)個(gè)光子組成，被光子“打中”的電子，這個(gè)光子的能量就全部給這個(gè)電子，而沒有被光子“打中”的電子，則一點(diǎn)能量也沒有獲得。得到能量的電子，動(dòng)能立即增大，而不需要積累能量的過程。如果這個(gè)能量足夠大，則電子就掙脫金屬的束縛而射出來，即產(chǎn)生光電效應(yīng)；如果這個(gè)能量不足以掙脫金屬的束縛，則不能產(chǎn)生光電

11、效應(yīng)。頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，即光子的數(shù)目越多，獲得能量的電子也越多，即光電子的數(shù)目與光強(qiáng)成正比。3、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值當(dāng)光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中的某個(gè)電子全部吸收，電子吸收光子的能量后，動(dòng)能就增加了，如果電子的動(dòng)能足夠大，能夠克服內(nèi)部原子對(duì)它的引力，就可以離開金屬表面逃逸出來，成為光電子，這就是光電效應(yīng)。電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，并不出來。向金屬表面運(yùn)動(dòng)的電子，經(jīng)過的路程不同，途中損失的能量也不同，因此從表面出來時(shí)的初動(dòng)能不同。只有直接從金屬表面出來的光電子才具有最大初動(dòng)能。這些光電子克服金屬原

12、子的引力所做的功叫做逸出功。（2）光電效應(yīng)方程根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能mvm2跟入射光子的能量h和逸出功 w 之間有如下關(guān)系：mvm2 = h - w這個(gè)方程叫愛因斯坦的光電效應(yīng)方程。對(duì)于一定的金屬來說，逸出功w 的值是一定的。所以入射光子的頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能也越大。在入射光頻率一定時(shí)，如果入射光比較強(qiáng)，即單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)目多，產(chǎn)生的光電子也多，所以光電流的飽和值也大。4、光電效應(yīng)的應(yīng)用利用光電效應(yīng)可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，動(dòng)作迅速靈敏，因此利用光電效應(yīng)制作的光電器件在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。光電管就是應(yīng)用最普遍的一種光電器件。光電管的

13、類型很多，如圖所示為其中的一種。玻璃泡里的空氣已經(jīng)抽出，有的管里充有少量的惰性氣體。管的內(nèi)壁涂有逸出功小的金屬作為陰極。管內(nèi)另有一陽極a。當(dāng)光照射到光電管的陰極k 時(shí)，陰極發(fā)射電子，電路里就產(chǎn)生由a 到 b 的電流。知識(shí)點(diǎn)四 康普頓效應(yīng)要點(diǎn)詮釋：1、光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。2、康普頓效應(yīng)英國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)x 射線的色散時(shí)， 發(fā)現(xiàn)在色散的x 射線中， 除了與入射波長0相同的成分外，還有波長大于0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。能不能把光看成波而解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？不能，因?yàn)楣馐请姶挪?，入射光將引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著

14、的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射。這就是散射光。散射光的頻率應(yīng)該等于入射光的頻率，因而散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同，不應(yīng)出現(xiàn) 0 的散射光，綜上所述，若將入射光看成是波的話，那么散射光的波長和入射光的波長相同，不會(huì)出現(xiàn)0 的散射光，即經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出現(xiàn)了矛盾?？灯疹D用光子的概念十分成功地解釋了這種效應(yīng)，他的基本思想是，x 射線不僅具有能量，也像其他粒子那樣，具有動(dòng)量， x 射線的光子與晶體中的電子發(fā)生碰撞時(shí)，不僅要遵守能量守恒定律而且要遵守動(dòng)量守恒定律，求解這些方程，可以得出散射光波長的變化量，理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)符合得很好。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地解釋了光的粒子性的一面。前者表

15、明光子具有能量，后者表明光子除了能量之外還具有動(dòng)量。3、光子的動(dòng)量一定的質(zhì)量m 與一定的能量e 相對(duì)應(yīng)： e=mc2光子的能量e=h借用質(zhì)子、電子的動(dòng)量定義p=mv 有：在康普頓效應(yīng)中， 當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動(dòng)量變小。從 p=h/看，動(dòng)量p 減小意味著波長變大，因此有些光子散射后波長變大。知識(shí)點(diǎn)五 粒子的波動(dòng)性要點(diǎn)詮釋：1、光的波粒二象性光的干涉、 衍射和偏振等現(xiàn)象無可爭辯地表明光具有波動(dòng)性；而光電效應(yīng)又無可爭辯地表明光是具有能量的光子流，也就是說光具有粒子性。從古代光的微粒說，到托馬斯 楊和菲涅爾的光的波動(dòng)說，從麥克斯韋的光的電磁理論，到愛因斯

16、坦的光子理論，我們可以看出：光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。（1）大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動(dòng)性；個(gè)別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。（2）頻率越低，波長越長的光，波動(dòng)性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著。（3）可以把光的波動(dòng)性看做是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。2、粒子的波動(dòng)性1924 年，法國物理學(xué)家德布羅意把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系,而且粒子的能量和動(dòng)量 p 跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率 和波長 之間，也向光子跟光波一樣，遵從如下關(guān)系：=hp=mv=h/ 由于這種波不是

17、由電磁場引起，而是由實(shí)物的運(yùn)動(dòng)形成，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為物質(zhì)波，亦稱德布羅意波，而 =h/mv=h/p 稱為德布羅意波長公式。說明： 物質(zhì)波是一種概率波，在一般情況下，對(duì)于電子和其它微觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，也無法用軌道描述它們的運(yùn)動(dòng)，但是它們?cè)诳臻g各處出現(xiàn)的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的，故物質(zhì)波也是一種概率波。3、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的干涉和衍射是光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。因此如果電子、原子等實(shí)物粒子也真的具有波動(dòng)性，那么他們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。這是驗(yàn)證物質(zhì)波是否存在的一條途徑。1927 年，英國物理學(xué)家gp湯姆遜用電子束穿過很薄的金屬片，觀察到了電子

18、的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子大得多，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長很小，所以平常根本無法觀察到它們的波動(dòng)性。知識(shí)點(diǎn)六 概率波與不確定關(guān)系要點(diǎn)詮釋：1、概率波光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性，很難用宏觀世界的觀念來認(rèn)識(shí)，必須從微觀的角度建立起光的行為圖景，認(rèn)識(shí)光的波粒二象性。如在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光子通過雙縫后，對(duì)某一個(gè)光子而言，其運(yùn)動(dòng)是不可控制的，但對(duì)大量光子而言，它們落在光屏上的位置又有規(guī)律性，即某些區(qū)域光子落點(diǎn)多，另一些區(qū)域光子落點(diǎn)少，落點(diǎn)多的區(qū)域就是亮條紋，落點(diǎn)少的區(qū)域就是暗條紋。這說明大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性。

19、光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的，而是光子自身具有的屬性。光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定。因此說光波是一種概率波。對(duì)于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們聯(lián)系的物質(zhì)波和光波一樣，也是概率波。也就是說單個(gè)粒子的位置是不確定的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確定。對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，例如衍射條紋的分布等。2、不確定關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，描述粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在于確定任一時(shí)刻粒子的位置和動(dòng)量，這種描述，在宏觀領(lǐng)域是可行的，而在微觀世界就根本不適用。原因在于粒子具有波粒二象性，在同一時(shí)刻， 粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量就不可能都具有確定的值。從光

20、的單縫衍射實(shí)驗(yàn)可以看出，屏上的亮點(diǎn)實(shí)際反映了粒子(光子 )到達(dá)該點(diǎn)的概率，入射的粒子可以認(rèn)為有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。對(duì)于通過擋板的粒子來說，它們的位置被狹縫限定了，它們的位置不確定量減小了，不過我們?nèi)圆荒軠?zhǔn)確地說出射到屏上的粒子在通過狹縫時(shí)的準(zhǔn)確位置，因?yàn)楠M縫有一定的寬度a，從這兒可以看出，粒子動(dòng)量的不確定性增加了。利用數(shù)學(xué)方法可以對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，如果以x 表示粒子的位置的不確定量，用p 表示粒子在x 方向上的動(dòng)量的不確定量，可以得出：，式中的h 是普朗克常量，這就是著名的不確定關(guān)系。規(guī)律方法指導(dǎo)1、發(fā)生光電效應(yīng)的幾個(gè)特點(diǎn)（

21、1）瞬時(shí)性 . 從光照到放出電子幾乎是同時(shí)的，與照射光強(qiáng)度及頻率無關(guān)。（2）對(duì)應(yīng)性 . 金屬表面每吸收一個(gè)光子就釋放一個(gè)電子。（3）頻率條件 . 0（0為極限頻率，逸出功wh0） 。2、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律中，有兩個(gè)關(guān)系（1）光電效應(yīng)的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大；（2）光電流的強(qiáng)度跟入射光強(qiáng)度成正比。注意第一個(gè)關(guān)系中并不是成正比，而第二個(gè)關(guān)系是成正比，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,對(duì)于某一金屬而言，逸出功w 是一定的，普朗克恒量h 是一常數(shù)，故從上式可以看出，最大初動(dòng)能與放射光頻率是成一次函數(shù)關(guān)系，確實(shí)不是成正比的，光電流的強(qiáng)度是由從金屬表面逸出的光電子數(shù)目決定的，而從金屬表面逸出的光電子數(shù)

22、目是由入射光的數(shù)目決定的，所以我們?nèi)菀淄频?，光電流的?qiáng)度跟入射光的強(qiáng)度成正比。更加清楚的邏輯推理見下圖：入射光的強(qiáng)度可理解為在單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所受的光子總能量，設(shè)入射光頻率為，則，其中主要的量是入射光子的數(shù)目。3、光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。（1）大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動(dòng)性；個(gè)別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。（2）頻率越低，波長越長的光，波動(dòng)性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著。（3）可以把光的波動(dòng)性看做是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。原子物理與核物理復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、了解玻爾原子理論及原子的核式結(jié)構(gòu)。2、了解氫原子的能級(jí)，了解光的發(fā)射與吸收機(jī)理。3

23、、了解天然放射現(xiàn)象，熟悉三種天然放射線的特性。4、了解核的組成，掌握核的衰變規(guī)律，理解半衰期概念，掌握核反應(yīng)過程中的兩個(gè)守恒定律。5、了解同位素及放射性同位素的性質(zhì)和作用，了解典型的核的人工轉(zhuǎn)變。6、了解愛因斯坦質(zhì)能方程，會(huì)利用核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算核能。7、了解核裂變與核聚變。第一模塊：原子的核式結(jié)構(gòu)、波爾的原子模型1、關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)（英國物理學(xué)家盧瑟福完成，稱做十大美麗實(shí)驗(yàn)之一）（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)的目的、設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)思想。目的：通過粒子散射的情況獲取關(guān)于原子結(jié)構(gòu)方面的信息。設(shè)計(jì)：在真空的環(huán)境中， 使放射性元素釙放射出的粒子轟擊金箔， 然后透過顯微鏡觀察用熒光屏接收到的粒子，通過轟擊前后粒子

24、運(yùn)動(dòng)情況的對(duì)比，來了解金原子的結(jié)構(gòu)情況。設(shè)計(jì)思想：與某一個(gè)金原子發(fā)生作用前后的a 粒子運(yùn)動(dòng)情況的差異，必然帶有該金原子結(jié)構(gòu)特征的烙印。搞清這一設(shè)計(jì)思想，就不難理解盧瑟福為什么選擇了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每個(gè)粒子在穿過金箔過程中盡可能只與某一個(gè)金原子發(fā)生作用）和為什么實(shí)驗(yàn)要在真空環(huán)境中進(jìn)行（避免氣體分子對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響） 。（2）粒子散射現(xiàn)象絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)角度超過90 有的甚至幾乎達(dá)到180 ） 。（3）a 粒子散射的簡單解釋。由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粒子的質(zhì)量（電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的7300） ，即使粒子碰

25、到電子，其運(yùn)動(dòng)方向也不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，就象一顆飛行的子彈碰到塵埃一樣，所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度散射。而只能是因?yàn)樵又谐娮油獾膸д姷奈镔|(zhì)的作用而引起的；使粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆生的原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均均分布的，粒子穿過原子時(shí)， 它受到兩側(cè)正電荷的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能把粒子反向彈回，這與粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相矛盾，從而否定了湯姆生的原子模型。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，粒子絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90，個(gè)別甚至被彈回，都說明了原子中絕大部分是空的，帶正電的物質(zhì)只能集中在一個(gè)很少的體積內(nèi)（

26、原子核）。其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（否則對(duì)所有的粒子來說散射情況應(yīng)該是一樣的），而放射源金箔熒光屏顯微鏡abcd“ 絕大多數(shù) ”“少數(shù) ” 和“ 極少數(shù) ”粒子的行為的差異，充分地說明這部分帶正電的物質(zhì)只能高度地集中在在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)；再次，從這三部分行為不同的粒子數(shù)量的差別的統(tǒng)計(jì)，不難理解盧瑟福為什么能估算出這個(gè)區(qū)域的直徑約為 10-14m。2、原子的核式結(jié)構(gòu)（1）核式結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子直徑的數(shù)量級(jí)為m1010，而原子核直徑的數(shù)量級(jí)約為m10

27、15。在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里旋轉(zhuǎn)。（2）核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)核式結(jié)構(gòu)的提出，是建立在a 粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的?；蛘哒f：盧瑟福為了解釋a 粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，不得不對(duì)原子的結(jié)構(gòu)問題得出核式結(jié)構(gòu)的理論。3、玻爾原子模型原子核式結(jié)構(gòu)與經(jīng)典電磁理論的矛盾：原子結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和原子光譜是否為包含一切頻率的連續(xù)光譜。玻爾的原子理論 三條假設(shè)（1）“ 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，電子雖做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射電磁波，這樣的相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。定態(tài)假設(shè)實(shí)際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適

28、用范圍：原子中電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不受該理論的制約。（2）“ 躍遷假設(shè) ” ：電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波，但電子在兩個(gè)不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時(shí)，卻要輻射（吸收）電磁波（光子） ，其頻率由兩個(gè)定態(tài)的能量差值決定hv=e2-e1。躍遷假設(shè)對(duì)發(fā)光（吸光）從微觀（原子等級(jí)）上給出了解釋。（3）“ 軌道量子化假設(shè)” ： 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同半徑繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。軌道半徑也是不連續(xù)的。4、氫原子能級(jí)及氫光譜（1）氫原子能級(jí)氫原子的能級(jí)：原子各個(gè)定態(tài)的能量值叫做原子的能級(jí)。氫原子的能級(jí)公式為21nene，對(duì)應(yīng)的軌道半徑關(guān)系式為 ：12rnrn， 其 中n叫 量 子 數(shù) ， 只 能 取 正 整

29、數(shù) 。 n =1的 狀 態(tài) 稱 為 基 態(tài) ， 氫 原 子 基 態(tài) 的 能 量 值m1053.0,ev6 .131011re。量子數(shù)n 越大，動(dòng)能越小，勢能越大，總能量越大。能級(jí)公式：)6.13(1112eveenen； 該能量包括電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和電子與原子核組成的系統(tǒng)的電勢能。半徑公式：)53.0(112arrnrn（2）氫光譜在氫光譜中， n=2，3，4，5， 向 n=1 躍遷發(fā)光形成賴曼線系；n=3，4，5，6 向 n=2 躍進(jìn)遷發(fā)光形成馬爾末線系； n=4，5，6，7 向 n=3 躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5，6，7，8 向 n=4 躍遷發(fā)光形成布喇開線系，其中只有馬爾末線的前4

30、條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。5、光子的吸收與發(fā)射原子從一種定態(tài)（能量為初e） ，躍遷到另一種定態(tài)（能量為終e） ，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能級(jí)差決定：即終初eeh。若終初ee，則輻射光子；若終初ee，則吸收光子。能級(jí)躍遷：使原子發(fā)生躍遷時(shí)，入射的若是光子，光子的能量必須恰好等于兩定態(tài)能級(jí)差；若入射的是電子，電子的能量須大于或等于兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差。電離：不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級(jí)差就可以使其電離。第二模塊：天然放射現(xiàn)象夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、天然放射現(xiàn)象物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性的元素。所有原子序數(shù)大于82 的元素，

31、都能自發(fā)地放出射線（有些原子序數(shù)小于83 的元素也具有放射性） 。元素的這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。2、放射線的種類和特征將放射性物質(zhì)放出的射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如射入磁場中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等），表明放射性物質(zhì)放出的射線有三種： 射線、 射線、 射線，將它們的特征列表對(duì)比如下：射線a 射線射線射線物質(zhì)微粒氦核he42電子e01光子帶電情況帶正電（2e）帶負(fù)電（ -e）不帶電速度約為c101接近 c c貫穿本領(lǐng)小 （空氣中飛 行 幾 厘米）中（穿透幾毫米鋁板）大（穿透幾 厘 米鉛板）天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。原子核放出 粒子或 粒子， 并不表明原子核內(nèi)有 粒子或 粒子（很明顯， 粒子

32、是電子流，而原子核內(nèi)不可能有電子存在），放出后就變成新的原子核，這種變化稱為原子核的衰變。3、天然衰變中核的變化規(guī)律在核的天然衰變中，核變化的最基本的規(guī)律是質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。（衰變過程中一般會(huì)有質(zhì)量變化，但仍然遵循質(zhì)量數(shù)守恒）a 衰變：隨著a 衰變，新核在元素周期表中位置向后移2 位，即heyxmzmz4242，實(shí)質(zhì)是2 個(gè)質(zhì)子和2 個(gè)中子結(jié)合成一整體射出衰變：隨著衰變，新核在元素周期表中位置向前移1 位，即eyxmzmz011。實(shí)質(zhì)是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子。1 2 3 衰變： 隨著衰變， 變化的不是核的種類，而是核的能量狀態(tài)。但一般情況下，衰變總是伴隨a 衰變或衰變進(jìn)行的。4、關(guān)于半衰期

33、的幾個(gè)問題放射性元素衰變的快慢用半衰期來表示，（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間。（2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。（4）公式表示：ttnn/21)(原余，ttmm/21)(原余式中原n、原m分別表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，余n、余m分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t 表示衰變時(shí)間，t 表示半衰期。（5）理解：搞清了對(duì)半衰期的如下錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，也就正確地理解了半衰期的真正含義。第一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是：n0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期t，衰變了一半，再經(jīng)過一

34、個(gè)半衰期t，全部衰變完。第二種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是：若有 4 個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期t，將衰變 2 個(gè)。事實(shí)上，n0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過時(shí)間t 后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為tnn1021而對(duì)于少量的核（如4 個(gè)） ，是無法確定其衰變所需要的時(shí)間的。這實(shí)質(zhì)上就是 “ 半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度” 的含義。第三模塊：核反應(yīng)核能夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、核反應(yīng)原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。用高速運(yùn)動(dòng)的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應(yīng)方程的一般形式為,yyxxazaz其中xaz是靶核的符號(hào)，x 為入射粒子的符號(hào)，yaz是新生核的符號(hào)，y 是放射出的粒子的符號(hào)。2、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變就是一種核反應(yīng)。和衰變過程一樣，在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)都守恒。例如歷史上首先發(fā)