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高中物理3-5原子物理

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篇一:《高中物理选修3-5原子物理高频考点必记清单》

高中物理选修3-5原子物理高频考点必记清单(郎元高)

考点一:波粒二象性

一、物理学史:

1.普朗克能量子论观点:1900年德国物理学家普朗克提出,电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的,每一份电磁波的能量

成正比。即:h。 2.爱因斯坦光子论:1905爱因斯坦提出,空间传播的光也是不连续的,而是一份一份的,每一份称为一个光子,光子具有的能量与光的频 h.

3.赫兹最早发现了光电效应现象。

4. 德布罗意指出,实物粒子也具有波动性,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。满足下列关系:

二、物理现象

1.热辐射现象(了解):任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波,并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

2.光电效应现象:在光(包括不可见光)的照射下,从金属中发射出电子的现象。发射出的电子称为光电子。

3.康普顿效应(了解):1923年,美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时,发现了一个新的

现象,即散射光中除了有原波长λ0的x光外,还产生了波长λ>λ0 的x光,其波长的增量随散射角的不同而变化。这

种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。

三、物理规律

1.黑体辐射规律(了解):黑体具有向四周辐射能量的本领,又有吸收外界辐射来的能量的本领(在任何温度

下,全部吸收任何波长的辐射)。实验规律:(1)随着温度的升高,黑体的辐射强度都有增加;

(2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动。(右图)

2光电效应规律(重点):①任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生 光电效应,低于极限频率的光不能发生光电效应。 ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。 ③饱和光电流强度(反映单位时间发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比。

④光电子的发射一般不超过10秒(光电效应的瞬时性)。

3.爱因斯坦光电效应方程(重点):Ek

四、光的波粒二象性 物质波

康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性,光的干涉和衍射等现象说明光具有波动性。因此光具有波粒二象性。

大量光子表现出的波动性强,少量光子表现出的粒子性强;频率高的光子表现出的粒子性强,频率低的光子表现出的波动性强。实物粒子也具有波动性,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。满则下列关系:-9h,hP(P为粒子动量) hW0。E 是光电子的最大初动能,当E =0 时,为极限频率,=kkccW0h. h,hP。从光子的概念上看,光波是一种概率波。 考点二:原子结构

一、物理学史:

1.汤姆孙发现了电子并提出原子的“枣糕模型”,密立根通过“油滴实验”测出了电子的电荷量(元电荷)。 电荷和几乎全部的质量,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。 3. 玻尔把普朗克量子化的观点引入到原子系统中,提出了波尔原子模型(波尔理论)。

二、波尔原子模型(波尔理论)经典电磁理论已不适用原子系统,玻尔从光谱学成就得到启发,利用普朗克的能量量了化的概念,提了三个假设: ①定态假设: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,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态。原子能量最低的状态叫基态,其他能量较高状态叫激发态。 光子的能量由这两个定态的能量差决定,即 hv=Em-E

n

③轨道量子化假设:原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续,因而电子可能轨道的分布也是不连续的。

第 - 1 - 页 共 2 页 ②跃迁假设:原子从一个定态(设能量为Em)跃迁到另一定态(设能量为En)时,它辐射或吸收一定频率的光子,

三、氢原子的能级图及跃迁规律(重点):氢原子的各个定态的能量值,叫氢原子的能级。其中n=1的

定态称为基态。n=2以上的定态,称为激发态。

1.一个处于n激发态的氢原子跃迁发出的可能光子数(光谱线条数)最多为:n-1。

2.一群处于n激发态的氢原子跃迁发出的可能光子数(光谱线条数)最多为:cn2n(n1)

2。

考点三:原子核

一、物理学史:

1.贝可勒尔发现了天然放射现象。天然放射现象的发现这表明原子核存在精细结构,是可以再分的。

2.查德威克发现了中子, 卢瑟福用α粒子轰击氮核打出质子。

二、衰变及三种射线(重点)

1、三种射线

(1)射线是氦核组成的α粒子(2He)粒子流,电离能力很强,穿透能力很弱;

(2)射线是高速电子(1e)流;(3)射线是高频光子,电离能力很弱,穿透能力很强。

2、原子核的衰变(原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变,在原子核的衰变过程中,电荷数和质量数守恒)

(1) 衰 变:原子核放出α粒子(2He),即4M

Z44XM

Z2Y2He,衰变实质是原子核内两个质子和两个中子结合成一个整体被抛射出去。 04

(2) 衰 变:原子核放出电子(1e),即0M

Z0110。 XZM1Y1e,衰变实质原子核内一个中子变为一个质子和一个电子(0n1H1e)

(3)辐射伴随着衰变和衰变产生,这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。

3、半衰期:放射性元素的原子核有一半(半数)发生衰变所需要的时间。

(1)半衰期是对大量原子核衰变的统计规律,对一个或少数原子核,无法确定何时衰变。

(2)半衰期由原子核内部因素决定的,跟原子所处的化学状态或物理状态(外部条件)没有关系。

(3)半衰期的计算:n余 =n原12tT ;m余=m原12tT。 (说明:T为半衰期,t为衰变时间)

三、放射性元素的应用(了解):

①利用它的射线:A、由于γ射线贯穿本领强,可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹,所用的设备叫γ射线探伤仪;

B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系,来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,从而实现自动控制;

C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体,以消除化纤、纺织品上的静电;D、利用射线照射植物,引起植物变异而培育良种,也可以利用它杀菌、治病等。②作为示踪原子:用于工业、农业及生物研究等.

四、放射性的防护(了解):⑴在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄;

⑵用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内,并埋在深海里;⑶在生活中要有防范意识,尽可能远离放射源。

五、核力与结合能:

1、核力:原子核内部核子间的相互作用力。核力是强相互作用的一种表现;核力是短程力(作用范围在1.5×10

核子有核力作用。

2、结合能(核能):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。

3、比结合能(平均结合能):原子核的结合能与核子数之比。原子核比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。实际测量结果表明,中等质量的原子核比结合能较大。

4、质能方程和质量亏损:

原子核质量比组成它的核子质量的总和要小,这就是质量亏损Δm,由质量亏损通过爱因斯坦质能方程可求得释放的核能ΔE=Δmc。

六、核反应类型与核反应方程(电荷数和质量数守恒):

衰变、重核裂变(中子轰击、链式反应、镉吸收中子能力很强,所以用镉棒控制反应速度)、轻核聚变(强高温强高压)、原子核人工转变。

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2﹣15m内);每个核子只跟相邻

篇二:《选修3-5原子物理讲义》

光电效应:光照射金属板时,可以使金属板发射电子的现象。

右图中,锌板带正电,验电器也带正电。

光电效应中,金属板发射出来的电子叫光电子,光电子的定向移动可以形成光电流。

相关知识:电磁波按照频率依次增大(波长依次减小)的顺序排列:

无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线

可见光又分为7中颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

光的频率和颜色是对应关系,一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。

光照强度:单位时间内照射到单位面积上的光的能量。(光线和接收面垂直时)

通俗讲,光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。

光电效应的规律:(右图为研究光电效应的电路图)

1. 光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时,光电流随着AK极之间的电压增大

而增大,但是当电压增大到一定程度以后,光电流就不再增大了,光电流能达到的最大值叫饱和

电流。

控制光的颜色,饱和电流与光照强度有关,光照越强则饱和电流越大。

2. 光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时,光电流并不为零。当在A、K极

加反向电压时,即A极为负极板,K极为正极板时,光电子在两极之间减速运动。反向电压越大,光电流越小,当反向电压达到某一值时,光电流消失,能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压,用UC表示。

遏止电压与光照强度无关,只与入射光的频率有关,频率越大则遏止电压越大。

右图中,甲乙丙三种光的频率大小关系?

甲、 乙的光照强度大小关系?

3. 金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与光照强度和光照时间无关。

当入射光的频率低于某一值时,无论光照多强,时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率,又叫极限频率,用νc表示。

4. 如果入射光的频率超过了截止频率,无论光照强度多么弱,发生光电效应仅需10-9s。

爱因斯坦为了解释光电效应,提出了光子说:

1. 在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量E=hν。ν指光的频率。

2. 金属中的自由电子吸收光子能量时,必须是一次只能吸收一个光子,而且不能累计吸收。

3. 光子不能再分,自由电子吸收光子时要么是全部吸收,要么不吸收。

4. 自由电子吸收光子仅需10-9s。

光子说对光电效应的解释:

1. 当光照颜色一定时,光照越强,则单位时间内照射到金属上的光子数越多,光子数越多则发射出来的光电子数越多。所以光电流就越大。当A、K极间的电压大到一定程度后,所有的光电子都能从K极到达A极,出现了饱和电流。光照越强,光子数、光电子数相应越多,则饱和电流增大。

2. 自由电子吸收了光子能量后,能够从金属内部逃逸出来。自由电子从金属中逃逸出来的过程中,要克服原子核对它的引力做功。自由电子从金属中逃逸出来的过程中所要克服引力所做功的最小值,叫金属的逸出功,用W0表示。逸出功是由金属本身决定的,不同的金属有不同的逸出功。

若要自由电子能够从金属中逃逸出来,则自由电子吸收的光子能量E=hν必须大于金属的逸出功W0 。

因此金属存在着截止频率,hνc= W0 。当光子能量hν> W0 时,才能发生光电效应。

电子从金属中逃逸出来后剩余的动能,由能量守恒定律可知:EK=hν-W,其中W指自由电子逃逸过程中克服引力做的功,当W最小时,电子剩余的动能则越大,所以,电子的最大初动能EKm=hν-W0。

3. 在光电管中,当在、K极加反向电压时,电场力对电子做负功,当反向电压达到遏止电压

UC时,光电子恰好不能到达A极。如右图,A极接电源负极。

则遏止电压UC满足:-eUC=0-EKm= hν-W0 ,所以,遏止电压只

与入射光的频率有关,与光照强度和光照时间无关。

玻尔氢原子理论:

产生背景:原子的发光光谱是线状谱,即,原子发出的光的频率(或波长)只能是一些不连续的特定值。

每一种原子都有自己独特的线状谱,就好像每一个人都有属于自己独特的指纹一样。

玻尔为了解释原子光谱的规律,提出了玻尔氢原子理论。

1.轨道量子化假设:原子核外的电子只能在一些不连续的、特定的轨道上绕核匀速圆周运动。好像这些轨道是由上帝安排好的一样。

2.定态假设:电子在那些特定轨道上运动时,不会向外辐射电磁波,整个原子的能量不会减少,原子处于相对稳定状态,简称定态。

3.能量量子化假设:电子在那些特定轨道上运动时,原子的能量也有一些不连续的特定值与之对应。原子的能量也只能是一些不连续的特定值。电子的轨道不同,原子的能量也不同。

原子的能量指:电子的动能和电子与原子核系统的电势能。

玻尔认为,电子绕原子核的运动规律与卫星绕地球的运动规律相似。轨道半径越大,则

电子的动能越小,而电势能越大,因为从低轨道到高轨道时引力做负功。

由微积分计算可知,轨道半径增大的过程中,势能增加的多而动能减小的少,所以

轨道半径越大时,原子的能量越大。

玻尔以∞轨道为电势能的零点,电子在∞轨道时,动能也是零,所以在∞时原子的能量为零。

以∞轨道为电势的零点,玻尔还计算出电子在第一轨道时,原子的能量为-13.6ev。

电子在第n轨道时,原子的能量为En∞轨道

第2轨道 第1轨道 E1

n2,其中n是轨道数,也叫量子数。

4. 能级与跃迁:原子的每一个能量值,叫做原子的能级。电子在低轨道时,原子的能量值较

小,叫低能级状态。电子在高轨道时,原子的能量值较大,叫高能级状态。高与低都是相对的。

电子只能在那些特定的轨道上,所以电子从一个轨道到另一轨道时,好像没有中间过程,叫轨

道跃迁。

5.基态与激发态:电子在第1轨道上时,原子处于第1能级状态,此时原子最稳定,不会向

外辐射能量,叫基态。电子处在2、3……轨道上时,原子处在相对较高的能级状态,叫激发态。

6.原子从外界吸收能量时,电子会从低轨道向高轨道跃迁,原子就从低能级跃迁到了高能级。而处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁。当原子从高能级向低能级跃迁时,原子的能级会减小,而减小的能量就以光子的形式辐射出去。跃迁一次就会发出一个光子。根据能量守恒可知,原子辐射的光子能量E=hν=两个能级的差值。

氢原子的能级是一些特定值,所以能级差也是一些不连续的特定值,所以原子发光的光谱是线状谱。玻尔计算的氢原子的光谱与实际试验观察完全吻合,玻尔因此获得诺贝尔奖。

原子吸收光子的能量时,也是选择一定频率的,不是任意能量的光子都可以吸收。

经典例题:

1.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0,则( )

A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子

B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hν0

C.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大,则逸出功增大

D.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍

2. 如图所示,当电键K断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。

合上电键K,调节滑线变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数

大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为( )

A.1.9 eV B.0.6 eV

C.2.5 eV D.3.1 eV

3.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出( )

A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长

C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

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