人教版高二物理选修3-5-原子物理-知识归纳

1原子物理波粒二象性能量量子化（一）热辐射：任何物体都在不停地向四周辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，称为热辐射。温度不同，辐射出的电磁波的频率和强度都有所不同。（二）黑体辐射：（1）某种物体完全吸收各种不同频率的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体，简称合体。“只吸收不反射”（2）黑体辐射电磁波的强度按波长分布，只与黑体温度有关。（3）黑体是理想化的物理模型。1.黑体辐射的实验规律：①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，但最强辐射强度往短波方向移动。②在短波范围内，维恩公式最接近实验曲线；在长波范围内，瑞利公式最接近实验曲线。2.普朗克能量量子化假设：（1）振动着的带点微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。这一最小能量称为能量子——能量子（2）能量子公式为h（为电磁波频率；sJh.1063.634称为普朗克常量）（3）能量量子化：在微观世界中，能量不是连续的，只能是取分离值，这种现象称为能量量子化。（能量不连续，一份份间断）光的粒子性（一）.光电效应1.定义：在光的照射下，物体发出电子的现象叫做光电效应，发出的的电子称为光电子。“光子找电子，一起生了个光电子”（1）光电效应实验规律：a.光电效应实验规律探究装置（如上右图）2b.光电效应的相关物理量：（入射光频率）、0W（金属逸出功）、kE（光电子最大初动能）、cU（遏止电压）、0（截止频率）、I（光电流）、光强（光照强度）c.光电效应实验规律（公式）：0WhEk——爱因斯坦光电效应方程0WhEeUkc——遏止电压，让光电子减速到停00Wh——逸出功绝对截止频率，只与金属本身有关ttqI光电子个数——光强决定光电子个数，进而影响光电流光电效应实验规律总结：频率导致一切发生，光强控制电流，金属本身决定逸出功和截止频率。e.光电效应有关图像：（2）对爱因斯坦光电效应方程的理解：a.光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为光子。光是有大量光子构成，证实光确实具有粒子性。b.光电效应方程是从能量角度去分析光电效应而得到的。0WhEk，其中包含了光电效应能发生的条件。c.光电子的最大初动能为kE，就某个光电子而言，其动能介于kE~0范围内。（二）康普顿效应（1）定义：光在传播过程中与微粒发生相互作用，使光的传播方向发生改变，这种现象称为光的散射。（2）在光的散射中，除了有入射光相同波长0的成分外，还有波长大于0的成分。这种现象称为康普顿效应。康普顿效应进一步揭示了光具有粒子性，也证实了爱因斯坦光子说的正确性。（3）光子的动量：根据狭义相对论可知2mcE，即2cEm。再根据光子说可知hE。则光子的动量为：chccEmcp2。波长和频率关系为：c。综上可得：hp光的波动性和波粒二象性（1）1924年，德布罗意推想和光子相关的波。这种光子和实物粒子相互联系的波被称为德布罗意波，也叫物质波。（2）德布罗意波波长计算方法为：ph；不管是微观粒子还是宏观物体都存在波动性，只不过其波长太小，难以观测。3（3）德布罗意的推想是爱因斯坦关于光子的波粒二象性的一种推广，使之包含了所有微观粒子。（4）1927年戴维孙和PG汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，从而证实了微观粒子的波动性。（5）光的衍射、干涉、偏振都说明了光具有波粒二象性。（6）从牛顿“微粒说”到爱因斯坦“光子说”，如今对光有了深刻的认识。概率波、不确定性关系1.概率波（1）经典粒子和经典波：经典的粒子就像弹性小球，具有一定质量，他们的运动遵循牛顿运动定律。再任意时刻有确定的位置、速度和轨道。微观粒子（和光子）集波动性和粒子性于一身，具有波粒二象性。再经典的物理学中，波是一种“形”，其具有频率和波长，有周期性。惠更斯的波动说认为光是一种机械波。（2）概率波——光波通过光的双缝干涉图样分析可得：光子落在每个地方上的概率是不一致的，在，明纹初概率大；在暗纹处概率小。即光子在空间中出现的概率可以用波动的规律去确定，所以光是一种概率波。（3）物质波也是概率波：在概率波中，对于单个微粒来说，具有偶然性；对于大量微粒来说，具有必然性。遵循统计规律。概率波把粒子性和波动性统一了起来。2.不确定性关系（1）内容：在经典力学中，质点的位置和动量都可以精确确定。但对于微观粒子，并不能精确确定其位置和动量。我们称这种关系为不确定性关系。（2）三种不确定关系：a.位置不确定性：微观粒子在空间中的位置完全不确定。b.动量不确定性：粒子运动方向无法完全确定，其动量也具有不确定性。c.位置和动量的不确定关系：4hpx原子结构电子的发现一．阴极射线1.阴极发射出来的射线射在管壁上能发出荧光。2.在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两级，当两级加一电压时，阴极便发出一种射线，这种射线称为阴极射线。3.阴极射线的特点是能使荧光物发亮。二．电子的发现从1890年开始，汤姆孙对阴极射线做了一系列的研究。在1897年汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。揭示了阴极射线是高速电子流。电子质量：Ce1910602.1电子电量：kgm3110109.9电子比荷：kgCme/107588.111电子电荷量由密里根通过油滴实验测得测量依据是：mgEq原子的核式结构模型一．汤姆孙的原子“枣糕”模型汤姆孙的原子“枣糕”模型能解释原子电中性，电子分布等问题，容易被很多物理学家所接受。三．粒子散射实验1.卢瑟福和其助手通过轰击金箔的实验获得重大发现。2.实验现象是：绝大多数粒子沿原来的方向继续前进而不受影响；少数发生较大偏转；极少数偏转90°，甚至被180°反弹回来。3.通过粒子散射实验否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级。4三．卢瑟福的原子核式结构模型（重难点）1.内容：在原子的中间有一个很小的核叫原子核。原子的全部正电荷核几乎所有质量都集中在原子核上，带负电的电子在原子核外绕原子核作高速旋转。2.原子的半径数量级为m-1010；原子核的半径数量级为m-15103.原子核的组成：(1)核电荷数Z=质子数=原子序数(2)质量数A=核子数=质子数+中子数(3)同位素：质子数相同而中子数不同的元素称为同位素。(4)原子核符号：XAZ(如铀235，U23592)四．散射实验中的受力核能量转化问题：1.粒子守库仑力作用：2rkQqF（Q为原子核所带电荷量，q为粒子所带电荷量，r为粒子到原子核的距离）受力方向在其连线上指向粒子。距离越近时，库仑力越大，加速度越大2.做功核能量转化问题：靠近做负功，动能变为电势能；远离做正功，电势能变为动能。氢原子光谱一．光谱1.定义：把光用光栅或棱镜按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布记录，即光谱。2.分类：（1）发射光谱：物直接发出的光分光后产生的光谱，有连续谱和（明线谱）线状谱两种。连续谱是炽热的固液体和高压气体发出，是有连续分布的一切波长的光组成的光谱——是一条光带。线状谱是处于游离态的原子发出，包含一些不连续的亮线——是一条条亮线。（2）吸收光谱：高温物体发出的光经过低温物体时，某些波长的光被吸收而产生的光谱。——由若干条暗线组成。3.太阳光谱：太阳光谱是吸收光谱。太阳光在经过大气时，高层大气会吸收自己特征谱线的光，然后发射出去，这些光就会变弱，就形成了在连续谱背景下的暗线。研究太阳光谱可以分析大气中的化学成分。二．光谱分析1.每一种原子都有一定特征的线状谱。2.在各种原子的吸收谱中，每一条明线都与原子发出的某种吸收光的频率相对应。——一条明线谱对一种频率的光。3.由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质或确定它的化学组成，这种方法称为光谱分析。三．氢原子光谱1.在充满稀薄氢气的放电管两级间加上kV3~2的高压，使氢气放电，让其在电场中发光。通过分光镜观察氢原子光谱。2.在氢原子光谱中，可见光范围内有四条谱线，分别用H、H、H、H表示。3.氢原子光谱的规律：（1）巴耳末公式：,...5,4,3,121122nnR171010.1mR（2）在不同谱线区域：5莱曼系（在紫外区域）：,...5,4,32,111122，nnR帕邢系（在近红外区域）：...6,5,4,131122，nnR布喇开系（在红外区域）：...76,5,141122，nnR普丰德系（在红外远区）：,...8,7,6,151122nnR（3）综上可得一个统一公式：,...3,2,1,11122mnmR,...3,2,1mmmn波尔的原子模型一．波尔原子模型三条假设：（特别重要）1.能级定态假设。氢原子处于基态和激发态两种状态（其中基态为最低能级）2.轨道量子化假设。轨道介于两个不同数值之间的某个值（轨道是一个范围，不能完全确定）3.跃迁假设。在能级之间跃迁满足：nmEEh这一辐射公式。二．能级和能级图：1.能级：原子的可能状态是不不连续的，相对应的能量也是不连续的，这些能量称为能级。2.基态和激发态：基态为能量最低的能级，激发态能量较高级都称为激发态。基态能量和激发态能量关系为21nEEn3.能级图：4.能级跃迁规律：从低能级跃迁到高能级：①吸收光子而跃迁：nmEEhE吸（光子能量必须等于能级差，不多不少）②吸收实物粒子（如电子、质子、中子、离子等）而跃迁：nmEEhE吸（实物粒子能量大于等于其能量差即可）从高低能级跃迁到低能级：以放出光子的形式放出能量①一群（大量）处于激发态的原子向低能级跃迁时，可以发出2nC种不同频率的光②一个处于激发态的原子向低能级跃迁时，可以发出1nC种不同频率的光③放出的光子的能量为：nmEEhE放三．能波尔模型的成功之处和局限性：1.成功之处在于：将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱实验规律。2.局限性在于：无法接受复杂一定的原子光谱（如氦原子光谱），还没有完全解释微观粒子的运动规律。保留了经典力学的观点，仍然把微观粒子的运动轨道用经典力学来描述。6原子核原子核的组成一．天然放射现象1.放射性：物质发射放射线的性质称为放射性。2.放射性元素：具有放射性的元素。3.天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象称为天然放射现象。二．3种射线射线（氦核He42粒子流）；射线（高速电子e01流）；射线（光子流）电荷量贯穿能力电离能力速度在电磁场中射线e2弱强0.1倍光速偏转射线e较强较弱0.99倍光速反向偏转射线0很强很弱光速不偏转三．原子核的组成1.卢瑟福通过粒子散射实验发现质子，并且确定质子是原子核的组成部分。质子H11带正电，带电量与电子相同。2.卢瑟福预言原子核中除了质子外，还有一种质量与质子相当的不带电粒子。3.查德威克验证了其老师（卢瑟福）12年前的猜想，发现这种不带电的粒子是电中性，质量几乎核质子相同。命名为中子n10基本关系：核电荷数=质子数（Z)=元素的原子序数=核外电子数质量数（A)=核子数=质子数+中子数核子数：质子核中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数核中子数之和称为核子数。4.同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，互为同位素。如：H11，H21，H31放射性元素的衰变一．原子核的衰变1.定义：原子核放出粒子或粒子，由于电荷数变了，它在元素周期表中的位置也变了，变成另外一种原子核，这种变化称为原子核的衰变。2.变化规律：质量数和电荷数守恒3.衰变方程：①2442YXAZAZ——衰变衰变实质是：HeHn42111022②011YXAZAZ——衰变衰变实质是：eHn-11-1110③衰变总是伴随衰变和衰变而一起产生。两个重要的衰变：HeThU422349023892ePaTh0123491234907二．放射性元素半衰期1.定义：放射性元素有