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1、考点过关二 量子力学初步、原子、原子核（知识归纳）一波粒二象性.能量量子化1黑体与黑体辐射热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射。热辐射特性：热辐射强度按波长分布情况随温度而有所不同，当温度升高，热辐射中较短波长的成分越来越强。物体除了热辐射之外，表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。黑体：如果物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关。2黑体辐射的实验规律随着温度的升高，各种波长的辐射强度
2、都有增加；辐射强度的极值向波长较短的方向移动。3普朗克“能量子”理论1900年底，普朗克做出了大胆的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量的整数倍。这个不可再分的最小能量叫能量子，=h，h称为普朗克常量。我们一般认为的能量值是连续的，而普朗克的假设则认为能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的。借助能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合之好令人叫绝。.光的粒子性光究竟是什么？19世界60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质。19世纪初开始，托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象，证明了光的波动性。
3、1光电效应的实验规律光电效应：照射到金属表面的光（广义的光，即电磁波），能使金属中的电子从表面逸出（从金属表面逸出的电子，称为光电子）。这个现象称为光电效应。光电效应实验规律存在着饱和电流。当光电管正向接入电路时，在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增加；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了。实验表明，在光的颜色不变（即频率不变）情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。存在遏止电压和截止频率。当光电管反向接入电路时，当所加电压U为0时，电流I不为0。使光电流恰好减小到0的反向电压UC称为遏止
4、电压。实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变时，遏止电压UC也会改变。遏止电压随入射光频率的增大而增大。实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数值C时，即使不施加反向电压也没有光电流，C称为截止频率或极限频率。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验表明，不同金属的截止频率不同。光电效应具有瞬时性。当入射光频率超过截止频率C时，无论光怎样微弱，产生电流的时间不超过10-9s，光电效应几乎是瞬时的。2.爱因斯坦的光电效应方程光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频
5、率为的光的能量子为h。光电效应方程：表达式：h=Ek+W0或Ek= h- W0。金属逸出功W0，使电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同。理解：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。3.爱因斯坦光子说对光电效应实验现象的解释光电子的最大初动能EK与入射光的频率有关，而与光的强弱无关。只有当hW0时，才有光电子逸出，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。对于同种颜色的光，光强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。4康
6、普顿效应光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象。康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对x射线的散射时，发现散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分的现象。康普顿用光子的模型成功地解释了这种现象。他的基本思想是：X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，求解这个方程，可以得出散射光波长的变化值。光子的动量 。5光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。光子的能量=h, 动量 ,能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量。波长或频率是描述物质的
7、波动性的典型物理量。和p描述光的粒子性。粒子的波动性1924年法国巴黎大学的德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都有一个对应的波相联系，而且粒子的能量和动量p跟它对应的波的频率和波长之间，也像光子跟光波一样遵从：、，这种与实物粒子相联系的波称为徳布罗意波，也叫物质波。波粒二象性一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点呢？1926年德国物理学家玻恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同这个事实可以推知，光子落在各点的概率不一样，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定。从光子的概念上看，光波是一种概率波。
8、对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以他们相联系的徳布罗意波也是概率波。二原子结构.电子的发现1.1897年英国物理学家JJ汤姆孙在研究阴极射线时根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，取名电子。2.电子的发现说明原子是可以再分的，原子是有结构的。原子的核式结构模型1.汤姆孙“西瓜模型”或“枣糕模型”，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。2.粒子散射实验现象：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90,也就是说他
9、们几乎被“撞了回来”。3. 原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。4.原子核的电荷与尺度：电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。氢原子光谱1. 光谱：定义：把光按波长的大小分开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光谱。分类：光谱分为线状谱和连续谱。特征：线状谱是一条条分立的亮线；连续谱是一条连续的光带。2.
10、 原子光谱：定义：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，把这些亮线称为原子的特征谱线。光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。3. 氢原子光谱：巴耳末公式：，式中R是里德伯常量，其值为R=1.10l07m1，n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。玻尔的原子模型1玻尔原子理论的基本假设轨道量子化：玻尔认为：围绕原子核运动的电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，即电子的轨道是量子化的。能量的量子化：原子在不同的状态中具有不同的能量，因此，原子的能量是量子化的。原子量子化的能量值叫做能级，原子中这些具有确定能
11、量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫做基态，其他的状态叫做激发态。跃迁假设：当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为Em）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为En，mn）时，会放出能量为hv的光子（h为普朗克常量），这个光子的能量由前、后两个能级的能量差决定，即：hEmEn，这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。2.玻尔理论的局限：成功之处：玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。局限：对于稍微复杂一些的原子如氦原子。玻尔理论就无法解释它的光谱现象。原因：玻尔理论的不足之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下
12、的轨道运动。三原子核1.天然放射现象1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。受到贝克勒尔的鼓舞，玛丽居里和皮埃尔居里对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了放射性更强的新元素，镭（Ra）和钋（Po）。人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。物质发射射线的性质称为放射性。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象具有放射性的元素称为放射性元素。放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。2.射线到底是什么？三种
13、射线实质和特性射线种类组成速度贯穿本领电离作用射线粒子是氦核约C很小。一张薄纸就能挡住很强射线粒子是高速电子接近C很大。能穿过几毫米厚的铝板较弱射线波长很短（频率很高）的电磁波等于C最大。能穿过几厘米厚的铅板很小原子核的组成：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。2.放射元素的衰变原子核的衰变：原子核自发放出粒子或粒子变成另一种原子核的变化。原子核衰变时核电荷数和质量数守恒。衰变的类型：衰变 衰变 射线经常伴随着射线和射线产生，放射性的原子核在发生衰变和衰变时，蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高
14、能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子形式辐射出来。衰变的实质：原子核内的2个中子和2个质子紧密的结合在一起，在一定条件下作为一个整体从较大原子核中被抛出来。衰变的实质：核内的中子转化成了一个质子和一个电子，半衰期：放射性元素原子核有半数发生衰变所需的时间。放射性元素的半衰期由原子核内部自身因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3.探测射线的方法粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸汽会产生雾滴，过热液体会产生气泡；使照相乳胶感光；是荧光物质产生荧光。4.放射性的应用与防护核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。，这是人类第一次实现原子核的人工转变，不仅用粒
15、子，用质子、中子甚至用光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变。人工放射型同位素：1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性,即。自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。人工放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的形状。特别是，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理。放射性同位素的应用：使用射线来测厚度。在医疗方面利用射线放射治疗。利用射线照射种子，使种子遗传基因发生变异，筛选培育优良品种。用射线照射食物可以杀死食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。用做“示踪原子”。5.核力与结合能原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即核力。是核力把核子紧紧束缚在核内。核力的特点核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。核力是短程力，作用范围在1.510-15m之内。核力在大于0.810-15m时表现为吸引力，且随距离增大
