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1、高二物理复习（选修3-5） 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 。h 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。（实验图在课本）（2）光电效应的研究结果：存在饱和电流，这表明入射光越强，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
2、，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。2、光电效应方程：EK = h- WO同时，h截止 = W，（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 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 大，这种现象叫康普顿效应。3、光子的动量： 四、光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系1、光的波粒二象性： 以无可
3、辩驳的事实表明光是一种波； 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。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
4、与之对应的波，波长=h / p，这种波叫物质波，也叫德布罗意波。4、概率波：从光子的概念上看，光波是一种概率波。5、不确定关系： ，x表示粒子位置的不确定量，p表示粒子在x方向上的动量的不确定量。五、原子核式模型机构1、1897年 发现电子，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，得到出乎意料的结果： 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进， 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
5、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。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
6、、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，（3）原子
7、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)r1 =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
8、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n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N= 。6、玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念（提出了能级和跃迁的概念，能解释气体导电时发光的机理、氢原子的线状谱），局限之处在于它过多地保留了经典理论（经典粒子、轨道等），无法解释复杂原子的光谱。 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。核反应方程_。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
9、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（图见3-5
10、第74页）：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。）。衰变举例 ；衰变举例 。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
11、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。N= ， m= 。十一、放射性的应用与防护 放射性同位素1、放射性同位素的应用：a、利用它的射线（贯穿本领、电离作用、物理和化学效应）；b、做示踪原子。2、放射性同位素的防护：过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，因此，在使用放射性同位素时，必须注意人身安全，同时要放射性物质对空气、水源等的破坏。十二、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生作用），所以核子结合成原子核（
12、例_）或原子核分解为核子（例_ _）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。爱因斯坦在相对论中得出物体的质量和能量间的关系式_，就是著名的质能联系方程，简称质能方程。 1u=_kg 相当于_MeV （此结论在计算中可直接应用）。十三、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
13、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。核反应方程_ _这是第一次用人工方法得到放射性同位素。十四、重核的裂变 轻核的聚变1、凡是释放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
14、变的核反应方程_ _。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。4、轻核结合成质量较大的核叫聚变。（例： _）发生聚变的条件是：超高温（几百万度以上），因此聚变又叫热核反应。 太阳的能量产生于热核反应。可以用原子弹来引起热核反应。应用有氢弹、可控热核反应。1下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有( )2下列说法正确的是（ ）A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B.射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关3氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子
