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1、 一、量子理论的建立 黑体和黑体 辐射1、量 子 理 论 的 建 立 ：1900 年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值 的整数倍，这个不可再分的能量值 叫做能量子 = h。h 为普朗克常数2、黑 体 ：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。3、黑 体 辐 射 ：黑体辐射的规律为：温度越高各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。（普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象）二、光电效应 光子说 光电效 应方程 1、光 电 效 应 （表 明 光 子 具 有 能 量 ）（1）光的电磁说使光的波
2、动理论发展到相当完美的地步，但是它并不能解释光电效应的现象。在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子。（2）光电效应的研究结果：存在饱和电流，表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；存在遏止电压截止频率：光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应；效应具有瞬时性：光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过 10-9s。（3）光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱金属作为阴极 K（与电源负极相连），是因为碱金属有较小的逸出功。2、光 子 说 ：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为 的光的能量子
3、为 h。这些能量子被成为光子。3、光 电 效 应 方 程 ：EK = h - WO （掌握 Ek/Uc 图象的物理意义）同时，h 截止 = WO（Ek 是光电子的 最大初动能；W 是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）三、康普顿效应（表明光子具有 动量）1、1918-1922 年康普顿（美）在研究石墨对 X 射线的散射 时发现：光子在介质中和物质微粒相互作用，可以使光的传播方向发生改变，这种现象叫光 的 散 射 。2、在光的散射过程中，有些散射光的波长比入射光的波长略大，这种现象叫康 普 顿 效 应 。3、光 子 的 动 量 ： p=h/四、光的波粒二象性 物质波 1
4、、光 的 波 粒 二 象 性 ：干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，由于光既有波动性，又有粒子性，只能认为光具有波粒二象性。 但不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。少量的光子表现出粒子性，大量光子运动表现为波动性；光在传播时显示波动性，与物质发生作用时，往往显示粒子性；频率小波长大的波动性显著，频率大波长小的粒子性显著。2、光 子 的 能 量 E=h，光 子 的 动 量 p=h/ 表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率 和波长 。
5、由以上两式和波速公式 c= 还可以得出：E = p c。3、物 质 波 ：1924 年德布罗意（法）提出，实物粒子和光子一样具有波动性，任何一个运动着的物体都有一种与之对应的波，波长 =h / p ，这种波叫物质波，也叫德布罗意波。五、原子核式模型机构1、1897 年汤姆生（英）发现了电子，提出原子的枣糕模型，揭开了研究原子结构的序幕。2、1909 年起英国物理学家卢瑟福做了 粒子轰击金箔的实验，即 粒子散射实验（实验装置见必修本 P257）得到出乎意料的结果：绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数 粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数 粒子偏转角超过了 90，有的甚至被弹回，偏转角
6、几乎达到180。3、卢瑟福在 1911 年提出原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核 ，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。按照这个学说，可很好地解释 粒子散射实验结果， 粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小（数量级为 10-15m）和原子核的正电荷数。 原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数。六、氢原子的光谱1、光 谱 的 种 类 ：（1）发射光谱：物质发光直接产生的光谱。炽热的固体、液体及高温高压气体发光产生连续光谱； 稀薄气体发光产生线状谱，不同元素的线状谱线不同，又称特征谱线。 （2）吸收光谱：连续谱线中某些频率的
7、光被稀薄气体吸收后产生的光谱，元素能发射出何种频率的光，就相应能吸收何种频率的光，因此吸收光谱也可作元素的特征谱线。2、氢 原 子 的 光 谱 是 线 状 的 （这 些 亮 线 称 为 原 子 的 特 征 谱 线 ），即辐射波长是分立的。七、原子的能级1、卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾（矛盾为：a、原子是不稳定的；b、原子光谱是连续谱），1913 年玻尔（丹麦）在其基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出玻尔理论。2、玻 尔 理 论 的 假 设 ： （1）原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做
8、定态。氢原子的各个定态的能量值，叫做它的能级。原子处于最低能级时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫做基态；原子处于较高能级时电子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态。（2）原子从一种定态（设能量为 En）跃迁到另一种定态（设能量为 Em）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 h = En Em，（能级图见 3-5 第 64页）（3）原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。3、玻 尔 计 算 公 式 ：rn =n2 r1 , En = E1/n2 (n=1,2,3)r 1
9、=0.5310-10 m , E1 = -13.6eV ,分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量。（选定离核无限远处的电势能为零，电子从离核无限远处移到任一轨道上，都是电场力做正功，电势能减少，所以在任一轨道上，电子的电势能都是负值，而且离核越近，电势能越小。）4、从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离 可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。5、一群氢原子处于量子数为
10、n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为 N= 6、现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。八、原子核的组成1、1919 年卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 发 现 质 子 即氢原子核。2 、卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子，即中 子 。查德威克经过研究，证明：用天 射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强（10-20 厘米的铅板）的不带电粒子，用其轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子。核反应方程。3 、质 子 和 中 子 统 称 核 子 ，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的质量数等于其质子数与中子数的和。具有相同质子数的原子属于同
11、一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。4、天 然 放 射 现 象（1）人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律，是从天然放射现象开始的。（2）1896 年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，玛丽居里和皮埃尔居里经过研究发现了新元素钋和镭。 （3）用磁场来研究放射线的性质 射线带正电，偏转较小， 粒子就是氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强，使底片感光作用很强； 射线带负电，偏转较大，是高速电子流，贯穿本领很强（几毫米的铝板），电离作用较弱； 射线中电中性的，无偏转，是波长极短的电磁波，贯穿本领最强（几厘米的铅板），电离作用很小。 九、原子核的衰变 半衰期1、原 子 核 由 于
12、放 出 某 种 粒 子 而 转 变 为 新 核 的 变 化 叫 做 原 子 核 的 衰 变 。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的（注意：质量并不守恒。）。 射线是伴随 射线或 射线产生的，没有单独的 衰变（ 衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。）2、半 衰 期 ：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，它是对大量原子的统计规律。十、核力与结合能 质量亏损1、由 于 核 子 间 存 在 着 强 大 的 核 力 （核子之间的引力，特点：核力与核子是否带电无关短程力，其作用范围为 ，只有相邻的核子间才发
13、生作用），所以核子结合成原子核。或原子核分解为m10.2核子时，都伴随着巨大的能量变化。核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能，亦称核能。2、我们把核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。十一、原子核的人工转变原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程，称为核反应（原子核的人工转变）。在核反应中电荷数和质量数都是守恒的。 举例：（1）如 粒子轰击氮原子核发现质子；（ 2）1934 年，约里奥居里和伊丽芙居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子。十二、重核的裂变 1、凡 是 释 放
14、核 能 的 核 反 应 都 有 质 量 亏 损 。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。2、1938 年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重 核 裂 变 ，即一个重核在俘获一个中子后，分裂成几个中等质量的核的反应过程,这发现为核能的利用开辟了道路。铀核裂变的核反应方程+能量nKrBanU10953618502359 3、由 于 中 子 的 增 殖 使 裂 变 反 应 能 持 续 地 进 行 的 过 程 称 为 链式 反 应 。为使其容易发生，最好使用纯铀 235。因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积，即临界体积。发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积，并有中子进入。应用有原子弹、核反应堆。
