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1选修3-5总结第十七章波粒二象性一、黑体辐射与能量子★1．★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。2．★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）3．★★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ε的整数倍，这个不可再分的能量值ε叫做能量子ε=hν，其中ν是电磁波的频率h为普朗克常数（6.63×10-34J.S）4．★★爱因斯坦光子说：空间传播的光本身就是一份一份的，每一份能量子叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν。二、光电效应规律★★★1．规律：(1)每种金属都有一个极限频率（也叫截止频率）．(2)光电流的强度与入射光的强度成正比．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大．2．理解：（1）光照强度（单色光）光子数光电子数饱和光电流（2）光子频率光子能量ε＝hν爱因斯坦光电效应方程（密立根验证）Ek＝hν－W0（Ek是光电子的最大初动能；W0是逸出功）截止频率𝜐0=𝑊0ℎ遏制电压eUc=12𝑚𝑣𝑐2（其中12𝑚𝑣𝑐2为光电子的最大初动能）三、光的波粒二象性与物质波★★1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．光电效应（光子有能量）康普顿效应（光子有动量p=ℎ𝜆和能量ε＝hν）说明光具有粒子性．1918-1922年康普顿在研究石墨对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。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。光的本性：光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．光波是概率波．大量的、频率低的粒子波动性明显（注意有粒子性，只是不明显）3.德布罗意物质波:任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，频率λ=𝜀ℎ，其中p为运动物体的动量，h为普朗克常量.4.电子衍射实验：1927年，戴维孙和G.P.汤姆孙分别用晶体做了电子衍射实验，证实电子的波动性。电子显微镜波长越短分辨本领越强。4、概率波和不确定关系★2第十八章原子结构一、原子模型★★1．（1）德国科学家戈德斯坦，发现阴极射线.（2）英国物理学家汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，判定其为电子，并求出了电子的比荷。汤姆孙提出原子的西瓜模型（或称枣糕模型）。（3）密立根通过油滴实验测出了电子电荷，并发现电荷是量子化的。2．卢瑟福α粒子散射实验结论：说明原子具有核式结构。现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来。．二、氢原子光谱★★1光谱分类：（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。3.巴耳末：瑞士的中学数学教师，总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。4、基尔霍夫开创了光谱分析的方法★：利用元素的特征谱线（线状谱或吸收光谱）鉴别物质的分析方法。三、玻尔原子结构假说★★★（是科学假说、类似还有安培分子电流假说）1．定态（原子的能量量子化）：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．轨道量子化：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．跃迁条件：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=EnEm4．氢原子的能级公式：En＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量5.对原子跃迁和电离理解：跃迁：原子从低能级（高能级）E初向高能级（低能级）E末跃迁，只吸收（辐射）hν＝E末－E初的能级差能量光子．可以吸收EkE末－E初的能级差能量的电子。基态电离：基态的氢原子吸收大于等于13.6eV能量的光子或电子后使氢原子电离。6.一个处于量子数为n的激发态的氢原子，最多可以辐射n-1中不同频率的光子，一群处于量子数为n的激发态的氢原子，最多可以辐射2nC种不同频率的光子。7.氢原子的能量(类比天体模型)：E总=EK+EP，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子总能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子总能量增大．8.波尔模型的局限：成功之处为将量子观点引入原子领域，提出定态和跃迁。不足之处为保留了经典粒子的观念，仍把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。3第十九章原子核一、天然放射现象★★1.法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核还具有复杂的结构．玛丽·居里夫妇发现放射性元素钋（Po）和镭(Ra)。2.三种射线的性质种类组成电荷量速度贯穿本领电离α射线He422e0.1光速最弱很强β射线e01－e0.99光速较强较弱γ射线光子（电磁波）0光速最强很弱威尔逊：英国物理学家；发明了威尔逊云室以观察α、β、γ射线的径迹。H.盖革-P.米勒：德国物理学家，发明盖革-米勒计数器检测射线。二、原子核的衰变、半衰期★★1．衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化．X元素原子核的符号为AZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42Heα衰变的实质：211H＋210n→42He（两个质子和两个中子变成氦原子核）β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1eβ衰变的实质：10n→0-1e+11H（一个中子变成一个质子和一个电子）γ射线是α或β衰变后产生的新核能级跃迁辐射出来。衰变次数的方法：先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再确定β衰变的次数2．半衰期τ：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．①半衰期概念适用于大量核衰变（少数个别的核衰变时，谈半衰期无意义）②半衰期由核的性质来决定，与该元素的物理性质（状态、压强、温度、密度等），化学性质或存在形式均无关③N=N0（1／2）t／τ，m=m0（1／2）t／τN0、m0为最初量，N、m为t时间后剩下未衰变量3．放射性同位素及其应用和防护★(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；(2)烟雾报警器的使用——利用射线的电离作用，增加烟雾导电离子浓度；(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽等；(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．三、核力与结合能质量亏损★★1．核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．其特点为：(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．2．原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，叫原子核的结合能．结合能与核子数之比称比结合能，比结合能越大，原子核中核子结合越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳当。3．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损．爱因斯坦质能方程为E=mc2，若核反应中的质量亏损为Δm，释放的核能ΔE=Δmc2.应用质能方程解题的流程图(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．4四、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,这个发现为核能的利用开辟了道路。铀核裂变的核反应方程：23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n。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、临界质量。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。4．核反应堆核燃料：铀235；慢化剂：石墨、重水、普通水（轻水），使快中子减速变成热中子（慢中子）适于引发核裂变；镉棒（控制棒）：对中子具有很强的吸收能力，可用于控制核反应快慢。核裂变的应用有原子弹、核反应堆。费米：在费米等人领导下，美国建成第一个核反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。5．轻核结合成质量较大的核叫聚变。例：21H＋31H→42He＋10n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。核聚变应用有氢弹、可控热核反应。6．核聚变的优点：a、轻核聚变产能效率高；b、地球上聚变燃料的储量丰富；c、轻核聚变更为安全、清洁。五、典型核反应方程归类★★类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子，首次实现人工核反应，预言中子的存在)42He＋94Be→123C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n约里奥·居里夫妇（玛丽·居里夫妇的女儿女婿）发现放射性同位素，同时发现正电子3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H＋31H→42He＋10n