選修3-5波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)、原子核知識(shí)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(shí)小結(jié)考點(diǎn)93、普朗克能量子假說(shuō) 黑體和黑體輻射引言：歷史背景19世紀(jì)末，人們認(rèn)為經(jīng)典物理學(xué)已形成完整體系，只剩下修補(bǔ)、完善工作。但仍存在光速問(wèn)題和黑體輻射問(wèn)題。（前者引發(fā)了相對(duì)論，后者引發(fā)了量子力學(xué)）另：光的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)已證實(shí)光是一種波，光的偏振實(shí)驗(yàn)已證實(shí)光是橫波，并由物理學(xué)家麥克斯韋預(yù)言、由赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(lèi) 和表面狀況有關(guān)），這種現(xiàn)象叫熱輻射； 規(guī)律：當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長(zhǎng)的成分越來(lái)越強(qiáng)。除熱輻射外，物體的表面還會(huì)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(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射 的物體；黑體輻射的特點(diǎn)：輻射的電磁波強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：a、當(dāng)溫度升高時(shí)，各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度都增加；b、當(dāng)溫度升高時(shí)，輻射強(qiáng)度的最大值向波長(zhǎng)較短（即頻率較大）的方向移動(dòng)。經(jīng)典理論解釋的困難：在經(jīng)典理論解釋中有兩個(gè)人的研究較出色，但都存在缺陷。維恩公式：在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，而長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)偏離很大；瑞利公式：在長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，而短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，不但不符，而且當(dāng)波長(zhǎng)趨于0（即頻率很大）時(shí)，輻射強(qiáng)度趨于無(wú)窮大史稱(chēng)“紫外災(zāi)難”。 2、能量子（普朗克） 內(nèi)容：振動(dòng)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(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收。這個(gè)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(diǎn)強(qiáng)調(diào)微觀(guān)粒子的能量是不連續(xù)的，即電磁波在吸收和輻射時(shí)是一份一份的，但沒(méi)有指明電磁的傳播是不連續(xù)的，另外真正說(shuō)明物質(zhì)世界量子性質(zhì)的科學(xué)家是愛(ài)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(dòng)著的帶電微粒的能量：Enhn （n叫量子數(shù)，為自然數(shù)），在宏觀(guān)世界中，通常認(rèn)為能量是連續(xù)的，而微觀(guān)世界中能量是分立的。能量子理論對(duì)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解釋實(shí)驗(yàn)符合很好?？键c(diǎn)94、光電效應(yīng)（康普頓效應(yīng)）1、光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，赫

4、茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦解釋了光電效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象：用弧光燈照射原來(lái)不帶電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)驗(yàn)電器帶正電，說(shuō)明鋅板帶正電。其原因是：鋅板在紫外線(xiàn)照射下放出了電子（也叫光電子），這種現(xiàn)象叫光電效應(yīng)?，F(xiàn)行教材將實(shí)驗(yàn)過(guò)程改為：“用紫外線(xiàn)燈照射原來(lái)帶負(fù)電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針先閉合再?gòu)堥_(kāi)”，這樣做的是為了強(qiáng)調(diào)電子從鋅板表面逸出。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：a、實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)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(shì)高，則它將使光電子加速，對(duì)應(yīng)電壓稱(chēng)之為正向電壓；若圖中A極電勢(shì)低，則它將使光電子減速，（與使光電子恰好末到達(dá)A極相對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)之為遏制電壓，此電壓可用于計(jì)

5、算光電子的最大初動(dòng)能，計(jì)算式為mev2/2=eUc）。無(wú)論哪一種情形，判斷光電子是否到達(dá)A極都是利用電流表。b、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：EKm=hn -W0 逸出功W0=hnc 最大初動(dòng)能EKm=mVm2/2每種金屬都有對(duì)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(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，光隨入射光頻率的增大而增大。入射光頻率一定時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。在入射光頻率、光強(qiáng)一定的情況下，當(dāng)正向電壓增加一定程度時(shí)，光電流的值將保持不變，此電流稱(chēng)為飽和電流。 光電子的發(fā)射時(shí)間一般不超過(guò)109秒，與頻率和光強(qiáng)度無(wú)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(wèn)題是經(jīng)典電磁理論中電磁波的強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)的能量）由振幅決定，而與頻率無(wú)關(guān)（錯(cuò)誤的）。愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程：受普郎克能量子理論的影響，愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)，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(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，每一份稱(chēng)之為光子，其能量的計(jì)算式為hn。愛(ài)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(shuō)對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋?zhuān)阂粋€(gè)電子從“效果”上講只能接收一個(gè)光子； 在入射光頻率一定時(shí)，入射光增強(qiáng)，意味著單位面積、單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)增多。請(qǐng)弄懂課本P34例題.2、康普頓效應(yīng) ：說(shuō)明

7、光具有粒子性實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)象：X射線(xiàn)（由原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生）穿過(guò)石墨晶體時(shí)，除了與入射波長(zhǎng)相等的成分外，還有大于原波長(zhǎng)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(dòng)量。這進(jìn)一步說(shuō)明了光的粒子性。光子的動(dòng)量表達(dá)式：ph/考點(diǎn)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(shí)驗(yàn)證實(shí)光具有波動(dòng)性；光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)證實(shí)光具有粒子性。從光子的能量公式hn和光子的動(dòng)量公式ph/可以看出光的粒子說(shuō)并未否定光的波動(dòng)說(shuō)。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(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)，目前公認(rèn)的說(shuō)法是：光具有波粒二象

8、性。2、（實(shí)物）粒子的波動(dòng)性背景：法國(guó)的德布羅意考慮到普朗克能量子和愛(ài)因斯坦光子理論的成功，大膽提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性。德布羅意提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。其理解是：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。遵從能量公式hn和光子的動(dòng)量公式ph/。這種與實(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將電子束通過(guò)鋁箔，觀(guān)察到了衍射圖樣，這是物質(zhì)波存在的有力證據(jù)。實(shí)物粒子波動(dòng)性難以觀(guān)察是因?yàn)榈虏剂_意波的波長(zhǎng)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(shí)刻的確定的位置和速度、以及時(shí)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(zhǎng)是其特征，即具有

9、時(shí)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(mǎn)足波動(dòng)特點(diǎn)，故稱(chēng)為概率波。大量光子表現(xiàn)出的波動(dòng)性強(qiáng)，少量光子表現(xiàn)出的粒子性強(qiáng)；頻率高的光子表現(xiàn)出的粒子性強(qiáng)，頻率低的光子表現(xiàn)出的波動(dòng)性強(qiáng)。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(dòng)量的不確定性，h是普朗克恒量。第18章原子結(jié)構(gòu)知識(shí)小結(jié)考點(diǎn)96、原子核式結(jié)構(gòu)模型（P4753）1、陰極射線(xiàn)1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫，對(duì)陰極射線(xiàn)進(jìn)行了一系列的研究，測(cè)出了該射線(xiàn)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(guò)程請(qǐng)看課本P48圖18.12及“思考與討論”3、電子電荷的精確測(cè)定是由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”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(shí)驗(yàn) 絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)方向運(yùn)動(dòng)，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(guò)了90度，有的幾乎達(dá)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(jí)為10-15m（該數(shù)量級(jí)可由粒子散射實(shí)驗(yàn)得到）（而原子半徑大小的數(shù)量級(jí)為10-10m）。考點(diǎn)97、氫原子光譜（P5456）考點(diǎn)98、原子的能級(jí)（P5763）1、光譜定義：光按波長(zhǎng)或頻率成份和強(qiáng)度的分布記錄；2、分類(lèi)：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(xiàn)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(diǎn)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(xiàn)狀譜，其光譜特點(diǎn)是不連續(xù)的亮線(xiàn)的光譜；不同元素的線(xiàn)狀譜是不同的，因此線(xiàn)狀譜是這種元素的特征譜線(xiàn)，可以通過(guò)光譜分析鑒別物質(zhì)。c.連續(xù)譜通過(guò)溫度較低的氣體后產(chǎn)生的吸收光譜，其光譜特點(diǎn)是連續(xù)譜背景上的若干暗線(xiàn)；因此吸收光譜也是這種元素的特征譜線(xiàn)，可以通過(guò)光譜分析鑒別物質(zhì)。原子特征譜線(xiàn)：不同原子的發(fā)射光譜是不同的，線(xiàn)狀光譜與原子是一一對(duì)應(yīng)的，它能反映原子的特征，故線(xiàn)狀光譜也稱(chēng)之為特征譜線(xiàn)?？捎糜阼b別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成，這種方法稱(chēng)為光譜分析，其靈敏度可達(dá)1010g。3、氫

12、原子光譜（線(xiàn)狀光譜）的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)規(guī)律（巴耳末公式由可見(jiàn)光范圍內(nèi)所觀(guān)測(cè)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(gè)公式表明，該光譜的波長(zhǎng)分布具有分立的特點(diǎn)。4、經(jīng)典理論解釋氫光譜遇到的困難（P56）、原子穩(wěn)定性問(wèn)題加速運(yùn)動(dòng)，按經(jīng)典電磁理論它將發(fā)出電磁波（光譜），則運(yùn)動(dòng)的電子的能量將減少，則電子最終會(huì)在庫(kù)侖力的作用下落到核上即原子是不穩(wěn)定的。事實(shí)上，核外存在穩(wěn)定的電子云。、線(xiàn)狀光譜問(wèn)題出的電磁波（光譜）頻率與核外電子運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)上存在線(xiàn)狀光譜。5、玻爾的原子模型（P57）出發(fā)點(diǎn)：針對(duì)上述經(jīng)典理論的兩個(gè)困難，引入量子理論，對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)情況做出的假設(shè)，在對(duì)氫原子光譜的解釋中其正確性得到驗(yàn)證。玻爾的原子模型假設(shè)（注：課本概括為兩個(gè)方面）a軌道假設(shè)：電子繞核運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(jí)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(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)要吸收一定頻率的光子，電子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)要輻射一定頻率的光子，光子的能量均由Em-En =hv嚴(yán)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(shí)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(jí)差即可。對(duì)氫原子光譜的解釋?zhuān)涸诳梢?jiàn)光范圍內(nèi)所觀(guān)察到有氫原子光譜，實(shí)際上是電子由3、4、5等高能級(jí)狀態(tài)的躍遷到2軌道的能級(jí)狀態(tài)所發(fā)出。見(jiàn)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(guò)多保留了經(jīng)典理論。P59第19章原子核知識(shí)小結(jié)考點(diǎn)99、原子核的組成（P6569）原子核的組成：天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原

15、子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它是由法國(guó)物理學(xué)家貝克勒耳首先發(fā)現(xiàn)的，后來(lái)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(lái)源于何處粒子本質(zhì)性 質(zhì)電離作用貫穿能力 射線(xiàn)光速的1/10正電均來(lái)自原子核氦核組成的粒子流很 強(qiáng)很弱，一張紙能擋住 射線(xiàn)接近光速負(fù)電高速電子流較 強(qiáng)較強(qiáng)，可穿透幾毫米厚的鋁板 射線(xiàn)光速不帶電高頻光子很 弱很強(qiáng)，可穿透幾厘米厚的鉛板考點(diǎn)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(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放1電子）射線(xiàn)是伴隨衰變放射

16、出來(lái)的高頻光子流，衰變不能同時(shí)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(shí)間，稱(chēng)該元素的半衰期。半衰期與物理及化學(xué)環(huán)境無(wú)關(guān)?？键c(diǎn)101、放射性的應(yīng)用與防護(hù) 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(shí)）c.與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素優(yōu)點(diǎn)：放射強(qiáng)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(xiàn)貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用來(lái)射線(xiàn)檢查金屬內(nèi)部有沒(méi)有砂眼或裂紋利用射線(xiàn)的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密

17、度的關(guān)系，來(lái)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制利用射線(xiàn)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(xiàn)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(diǎn)102、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損（P7982）考點(diǎn)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?xún)?nèi)，超過(guò)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?xún)?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(gè)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(méi)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(shí)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(qiáng)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?xún)?nèi)）2、質(zhì)量虧損：核聚變與核裂變都會(huì)放出能量，質(zhì)量都會(huì)減少，核電站與原子彈為核裂變，氫彈與太陽(yáng)內(nèi)部為核聚變3、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程： E=mc2 E=m·c2 1u 的質(zhì)量變化相當(dāng)于931.5Me V的能量。（1u：1原子質(zhì)量單位）請(qǐng)看、理解、計(jì)算選修35P81例題， P88習(xí)題4，P82圖19.53 考點(diǎn)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(gè)（或幾個(gè)）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?zhǔn)椒磻?yīng)，其條件是其體積要超過(guò)臨界體積，同