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1、原子物理一、波粒二象性1、热辐射：一切物体均在向外辐射电磁波。这种辐射与温度有关。故叫热辐射。特点：1）物体所辐射的电磁波的波长分布情况随温度的不同而不同；即同时辐射各种 波长的电磁波，但某些波长的电磁波辐射强度较强，某些较弱，分布情况与 温度有关。2）温度一定时，不同物体所辐射的光谱成分不同。2、黑体：一切物体在热辐射同时，还会吸收并反射一部分外界的电磁波。若某种物体，在 热辐射的同时能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体叫做黑体（或 绝对黑体）。在自然界中，绝对黑体实际是并不存在的，但有些物体可近似看成黑体，例如， 空腔壁上的小孔。黑体辐射的实验规律:1）温度一定时，2
2、）温度升高时，3）温度升高时，注意，黑体并不一定是黑色的。热辐射特点吸收反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度，材 料种类及表面状况有关既吸收，又反射，其能力与材 料的种类及入射光波长等因 素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的 分布只与黑体温度有关完全吸收各种入射电磁波，不 反射黑体辐射的强度，随波长分布有一个极大值。各种波长的辐射强度均增加。辐射强度的极大值向波长较短方向移动。4、能量子:上述图像在用经典物理学解释时与该图像存在严重的不符（维恩、瑞利的解释）。 普朗克认为能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值叫做能 量子.8= hV （h = 6.63 X 10-34 J
3、 s叫普朗克常量）。由量子理论得出的结果与黑体的辐射强度 图像吻合的非常完美，这印证了该理论的正确性。.*5光电效应：在光的照射下，金属中的电子从金属表面逸出的现象。发射出来的电子叫光电子。光电效应由赫兹首先发现。，* :爱因斯坦指出：建 光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份能量子叫做一个光子.光子的能量为 e=hv，其中h=6.63X10-34 Js叫普朗克常量，v是光的频率； 当光照射到金属表面上时，一个光子会被一个电子吸收，吸收的过程是瞬间的（不 超过10-9S ）。电子在吸收光子之后，其能量变大并向金属外逃逸，从而产生光电效应现象; 一个电子只能吸收一个光子，不会有一个电子连续吸收
4、多个光子的情况，该过程需 要克服金属内部原子束缚做功（逸出功W0，其大小与金属材料有关），然后才有可能从金 属表面飞出。因此在只有当一个光子能量较大时，电子才会将其吸收并从金属内部飞出， 否则电子无法克服原子束缚从金属中逸出。由能量守恒可得光电效应方程：E = hv Wk0Ov 决定能否发生光电现象的决定因素是极限频率而不是光的强度。光的强度只会影响 从金属中逸出的电子数目。能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率 （极限频率）.截止频率的大小与金属种类有关。光的强度：单位时间内垂直照射到金属表面 单位面积上入射光中光子总数目。若vNv，无论光照强度如何也会有光电效应现象产生若
5、vv，则无论怎样增加光照强度，也不会有光电效应产生光电晋的伏吸特ttan知识拓展之光电管的伏安特性曲线：在光照条件不变时，若正向电压升高，则电路中的光电 流会随之变大，当正向电压调到某值后电路中的电流不再增加，该电流叫饱和电流。饱和电 流大小反映了入射光的强度（光子数目）。在光照条件不变时，若反向电压升高，则电路中 的光电流会随之变小，当反向电压达到某值后，电路中的电流变为零，这个电压叫遏止电压。 遏止电压只与入射光频率有关。（由Ek = hv -七和eU = 0 一 上得出eU = hv -W0）6. 康普顿效应:由于光在介质中与物质微粒相互作用，光的传播方向发生改变的现象，叫光 的散射。在
6、光的散射中，除了有与入射光波长相同的成分外，还有波长更长的光成分，这种 现象叫康普顿效应。康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验 现象进行了圆满地解释：他认为这种现象是由光量子和电子的相互碰撞引起的。光量子不仅 具有能量，而且具有某些类似力学意义的动量，在碰撞过程中，光子把一部分能量传递给电 子，减少了它的能量，由能量子公式8= hv可知光的频率减小。再由c =知知波长变长。 总结：1）由光电效应和康普顿效应知光子具有粒子性。能量8 = hV，动量 p = h（由 E = mc2得 mc = E = hV = h）人c 人V 人2）光子既具有波动性又具有粒子性，叫光的波
7、粒二象性。大量光子易显示出波动性（概率波），少量光子易显示出粒子性。波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有 意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。 个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。 V高的光子容易表现出粒子性；V低的光子容易表现出波动性。 光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 由光子的能量8= hv，光子的动量p = h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一一频率和波长 人。由以上两式和波速公式c =知还可以得出：8= pc。7
8、. 德布罗意提出：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫德布罗意波，又叫物 质波。物质波对应的两个量:v=8 x=h特点是波长短，不易观察。h p注：1）一切运动的物体都具有波动性；2）德布罗意波是一种概率波；3）该假说是光子的波粒二象性在一切物质上的推广。8. 不确定性关系：或心=JL此式反映微观粒子的坐标和动量不能同时测准。4兀二、原子结构1、普吕克尔发现阴极射线。汤姆孙通过进一步研究，发现这些阴极射线是一些带负电粒子。 称为电子。这使人们认识到原子有复杂结构。他通过电子在电场和磁场中的偏转测出比荷。 汤姆孙还提出原子的枣糕模型，又叫汤姆孙模型（错误）。后来密立根通过油滴实验测出电
9、子的电荷量e。所有带电体的带电量均是e的整数倍。即电荷是量子化的。2、卢瑟福通过a粒子散射实验提出原子核式结构模型。用a粒子轰击金箔现象：绝大多数以粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进， 只有少数a粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核 上。（注：实验需在真空中进行）卢瑟福由a粒子散射实验提出原子的核式结构，即在原子的中心有一个很小的核， 叫原子核，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 运动。由a粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-im。3、氢原子光谱:光谱发射光谱连续光谱连在一起的光带，由连续分布的一切
10、波长的光（一切单色光） 组成。炽热的固体、液体，高压气体光谱为连续谱。不能用 于光谱分析。明线光谱分立的亮线，是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。 稀薄气体光谱或金属蒸气发射光谱均为明线状谱。吸收光谱连续谱中出现的暗线。是由高温物体发出的白光通过温度较 低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的。如太阳 光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时 产生的吸收光谱（连续谱的背景下出现一些不连续的暗线）。实验表明：1）不同元素的原子产生的明线光谱是不同的。某种物质的原子可由其明线光谱 加以鉴别，因此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱 线。2）各种原子的吸收光谱中的每
11、一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相 对应。即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的 暗线也是该元素原子的特征谱线。3）明线光谱和吸收光谱均可用于鉴别和确定物质的组成成分，这叫光谱分析。 其优点是灵敏度高。4）氢原子光谱在可见光区域的谱线满足经验公式：=R （）,n = 3,4,5.其中 R =1.10 x 107 m-i 叫里德伯常量人 22 n 2收日WLillffiWL睦飞眼也器费界线消屉】10 11放射线1F吊标志玻尔原子模型：氢原子的明线光谱用经典物理无法得到解释，按经典理论，原子应是一个不 稳定系统，因为按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐
12、渐接近原子核， 最后落入原子核内部，原子消失，而实际上原子是一个很稳定的系统。于是玻尔提出： 电子轨道的量子化：r = n 2 r, n = 1,2,3.，r1=G.53X1G-iom .即原子中电子在库仑引力的 作用下，绕原子核作圆周运动，电子运行轨道的半径不是任意的。电子在这些轨道的运行是 稳定的，不产生电磁辐射。 能量量子化：e = Er（n = 1,2,3.）,注：基态能量Ef13.6eV。当电子在不同的轨道运行时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，这些量子化的能量值叫能级，原子中这些 具有确定能量的稳定状态叫定态，能量最低的状态叫基态（最稳定的状态），其他状态叫激 发态。量子力学
13、体系状态发生跳跃式变化的过程叫跃迁。 电子从某一轨道跃迁到另一轨道上时，原子也便从某一能级跃迁到另一能级，同时这个原子便吸收或放出一个光子。光子的能量等于两能级的能量差，hv1-13.6注：1）原子能量包括原子核与电子具有的电势能和电子运动的动能。2）n=1对应于基态，n8对应于原子的电离。3）原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，从激发态跃迁到基态要以光子的形式放出能 量。需要注意的是使原子从基态跃迁到激发态的粒子可以是光子，也可以是实体粒子（例如电子）。若是光子，则务必要满足光子的能量等于两能级差；若是实体粒子， 则只要满足该粒子的能量大于等于两能级差即可。另外使原子电离的光子或实体粒子 的
14、能量只要大于或等于该能级差即可。4）对于一个原子和一群原子而言，一个处于量子数为n的氢原子最多可以辐射出（n-1）条光谱线。一群处于量子数为n的氢原子可能辐射出的光谱条数为c2 = n（nT）。n 25）玻尔理论的成功与局限性。成功：引进了量子理论（不连续性）成功解释氢光谱的规 律。是对卢瑟福原子模型的进一步完善。局限：保留了过多的经典物理理论，在解释 其他原子的光谱上都遇到很大的困难。另外，玻尔理论对氢光谱的解释：1）对巴耳末公式的解释，经过推导证明氢原子光谱的巴耳末系是电子从n=3, 4, 5等能 级跃迁到n=2能级时辐射出来的。2）对稀薄气体导电时辉光现象的解释，通常情况下原子处于基态，
15、气体导电管中的原子受 到高速运动的电子撞击，有可能跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发 的向低能级跃迁，最终回到基态，放出光子，形成辉光现象。3）对特征谱线的解释，由于原子的能级是分立的，所以原子向低能级跃迁时放出的光子能 量也是分立的，故原子的发射光谱只有一些分立的亮线。原子核1、天然放射现象：放射性元素自发的发出射线的现象。由贝克勒尔发现.使人们认识到原子 核也有复杂结构。物质发射射线的性质叫放射性。注：1 ）原子序数83的元素都有放射性。原子序数83的某些元素也有放射性。2）放射性物质所发出的射线有三种：a,p,y种类粒子本质质量（u）速度电离性贯穿性a射线高速氦核（4 He ）40.1c最强最弱，一张厚纸能挡住P射线2高速电子流（0 e ）1184099%c较强较强，穿几毫米铝板y射线1高频电磁波（光子不带电）0c最弱最强，穿几厘米铅板3）三种射线经过磁场时的偏转2、放射性元素的原子核放出以粒子或B粒子后变成新原子核的过程叫原
