光電效應(yīng)量子理論原子及原子核物理知識點(diǎn)總結(jié)

1、光電效應(yīng)、量子理論、原子及原子核物理(專題復(fù)習(xí))、光的波動(dòng)性(略)、光的粒子性1、光電效應(yīng)(1)光電效應(yīng)在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。(2)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:裝置：任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于極限頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，光隨入射光頻率的增大而增大。大于極限頻率的光照射金屬時(shí)，光電流強(qiáng)度(反映單位時(shí)間發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)，與入射光強(qiáng)度成正比。金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過109秒。2、波動(dòng)說在光電效應(yīng)上遇到的困難波動(dòng)說認(rèn)為：光的能量即光的強(qiáng)度是由光波的振

2、幅決定的與光的頻率無關(guān)。所以波動(dòng)說對解釋上述實(shí)驗(yàn)規(guī)律中的條都遇到困難3、光子說(1)量子論：1900年德國物理學(xué)家普郎克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量E=hv(2)光子論：1905年受因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。即：E=hv,其中h為普郎克恒量h=6.63x1034Js4、光子論對光電效應(yīng)的解釋金屬中的自由電子，獲得光子后其動(dòng)能增大，當(dāng)功能大于脫出功時(shí)，電子即可脫離金屬表面，入射光的頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量才能越大，飛出時(shí)最大初功能也越大。三、波粒二象性1、光的干

3、涉和衍射現(xiàn)象，說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)，說明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、個(gè)別粒子顯示出粒子性，大量光子顯示出波動(dòng)性，頻率越低波動(dòng)性越顯著，頻率越高粒子性越顯著3、光的波動(dòng)性和粒子性與經(jīng)典波和經(jīng)典粒子的概念不同(1)光波是幾率波，明條紋是光子到達(dá)幾率較大，暗條紋是光子達(dá)幾率較小這與經(jīng)典波的振動(dòng)疊加原理有所不同(2)光的粒了性是指光的能量不連續(xù)性，能量是一份一份的光子，沒有一定的形狀，也不占有一定空間，這與經(jīng)典粒子概念有所不同原子和原子核一、原子結(jié)構(gòu)：1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型：(1)電子的發(fā)現(xiàn)：1897年英國物理學(xué)家湯姆生，對陰極射線進(jìn)行了一系列的研究,從而發(fā)現(xiàn)了電子。電子的

4、發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細(xì)結(jié)構(gòu),從而打破了原子不可再分的觀念。(2)湯姆生的原子模型：1903年湯姆生設(shè)想原子是一個(gè)帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在正電荷中。2、a粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核結(jié)構(gòu)模型(1)0(粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成裝置：畛a.絕大多數(shù)口粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。b.有少數(shù)a粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)c.有極少數(shù)口粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度，有的幾乎達(dá)到180度，即被反向彈回。(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：由于a粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會(huì)使a粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對a粒

5、子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的口粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，a粒了運(yùn)動(dòng)將不發(fā)生明顯改變。散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。1911年，盧瑟福通過對a粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析計(jì)算提出原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個(gè)很小的核,稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子核半徑小于10-14m原子軌道半徑約10-10mo3、玻爾的原子模型(1)原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾(兩方面)a.電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)，按照經(jīng)典理論，加速運(yùn)動(dòng)的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射

6、電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。b.電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率，隨著旋轉(zhuǎn)軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應(yīng)是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應(yīng)是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實(shí)相矛盾。(2)玻爾理論上述兩個(gè)矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學(xué)成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個(gè)假設(shè)：躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)定態(tài)(設(shè)能量為光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng),但并不向外在輻射能量

7、，這些狀態(tài)叫定態(tài)。E)躍遷到另一定態(tài)(設(shè)能量為E)時(shí)，它輻射成吸收一定頻率的光子,hv=E>E1軌道量子化假設(shè)，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運(yùn)行軌道相對應(yīng)。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。即軌道半徑跟電子動(dòng)量mv的乘積等于h/2冗的整數(shù)倍，即：軌道半徑跟電了動(dòng)量mv的乘積等于h/2n的整數(shù)倍，即mvr=n2n=1、2、3,n為正整數(shù)，稱量數(shù)數(shù)2二(3)玻爾的氫子模型：氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設(shè)基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，計(jì)算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運(yùn)行時(shí)原子的能量，(包括電子的動(dòng)能和原子的熱能。)氫原子

8、中電子在第幾條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氫原子的能量E,和電子軌道半徑rn分別為：Enrn-EJ=n>n=1、2、3,2nri其中巳、ri為離核最近的第一條軌道(即n=1)的氫原子能量和軌道半徑即：Ei=-13.6ev,ri=0.53xio-iOm以-3.41MM工_*取V0-0.54-0.85-1.51hv=EmEn.(3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù):nN=Cn=_ni2電子距原子核無窮遠(yuǎn)時(shí)電勢能為零計(jì)算i.對氫原子的能級圖的理解(i)氫原子的能級圖(如下圖).-13.6(2)氫原子能級圖的意義：能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)一一定態(tài).橫線左端的數(shù)字“i

9、,2,3,”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“i3.6,3.4,”表示氫原子的能級.相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小.帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷條件為:2.關(guān)于能級躍遷的三點(diǎn)說明(i)當(dāng)光子能量大于或等于i3.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于i3.6eV,氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能.(2)當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小，反之.軌道半徑增大時(shí)，原子電勢能增大、電子動(dòng)能減小，原子能量增大.n砸V0115-0.544-0.853

10、1.51典例i(多選)如圖所示為氫原子能級圖.下列說法正確的是()A.一個(gè)處于n=3能級的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為0.7eV的光子B.一個(gè)處于n=3能級的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為2eV的光子C.大量處于n=3能級的氫原子，躍遷到基態(tài)的過程中可以釋放出3種頻率的光子D.氫原子從高能級向低能級躍遷的過程中釋放的光子的能量不可能大于13.6eV方法技巧氫原子能級圖與原子躍遷問題的解答技巧(1)能級之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的.(2)能級之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hY=EmEn求得.若求波長可由公式c=入V求得.(3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).2(4)一

11、群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法.用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N=Cn=nn12.利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加.氫原子的能級圖：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的表示出來即能級圖。?1=0Q-0n=4-0.85evj*i=3-1.51gy加y光子§粒子弋I皿粒子0搔)£3放射源(圖1)片23.4evn=1-H.Sep其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)二、原子核1、天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學(xué)，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的

12、射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素天然放射現(xiàn)象：某種元素白發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象：表明原子核存在精細(xì)結(jié)構(gòu),是可以再分的(2)放射線的成份和性質(zhì)：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如圖(1):成份組成性質(zhì)電離作用貫穿能力“射線氨核組成的粒子流很強(qiáng)很弱P射線高速電子流較強(qiáng)較強(qiáng)尸射線高頻很弱很強(qiáng)2、原子核的衰變：(1)衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒類型衰變方程規(guī)律a衰變mzx-*f電荷數(shù)減少2新核質(zhì)量數(shù)減

13、少41P衰變mzx琮町北f電荷數(shù)增加1新核i質(zhì)量數(shù)不變¥射線是伴隨0、P衰變放射出來的高頻光子流在P衰變中新核質(zhì)子數(shù)多一個(gè)，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，即:(2)半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，稱該元素的半衰期。一放射性元素，測得質(zhì)量為m,半衰期為T,經(jīng)時(shí)間t后，剩余未衰變的放射性元素的質(zhì)量為mm。m二2t/T3、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變是指用人工的方法(例如用高速粒子轟擊原子核)使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。(1)(2)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用a粒子轟擊氯原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。17N+4He-*1OqH中子的發(fā)現(xiàn)：1932年，查

14、德威克用口粒子轟擊被核，發(fā)現(xiàn)中子。4、原子核的組成和放射性同位素(1)原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子在原子核中：質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù)(2)放射性同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。正電子的發(fā)現(xiàn)：用a粒子轟擊鋁時(shí)，發(fā)生核反應(yīng)?？诠發(fā)生+P衰變，放出正電子三、核能：1、核能：核子結(jié)合成的子核或?qū)⒃雍朔纸鉃楹俗訒r(shí)，都要放出或吸收能量，稱為核能。例如：|H.：口一;H+y2、質(zhì)能方程：愛因斯坦提出物體的質(zhì)量和能量的關(guān)系：E=mc2質(zhì)能方程3、核能的計(jì)算：在核反應(yīng)中，及應(yīng)

15、后的總質(zhì)量，少于反應(yīng)前的總質(zhì)量即出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這樣的反就是放能反應(yīng)，若反應(yīng)后的總質(zhì)量大于反應(yīng)前的總質(zhì)量，這樣的反應(yīng)是吸能反應(yīng)。2吸收或放出的能量，與質(zhì)量變化的關(guān)系為：EE=&mc2例：a十算m=1N=16606Ml0/7kg的質(zhì)量相當(dāng)?shù)哪芰縀E=?lE=mc2o。2=16606102.9979108=1492410°J=0.9315109ev=931.5mev為了計(jì)算方便以后在計(jì)算核能時(shí)我們用以下兩種方法方法一：若已知條件中Am以千克作單位給出，用以下公式計(jì)算2E=.：mc公式中單位：Amkg;Cm/s;AE=J方法二：若已知條件中Am以N作單位給出，用以下公式計(jì)算E=Dm931.5Mev/m公式中單位：Dmkg；AE=Mev4、釋放核能的途徑一一裂變和聚變(1)裂變反應(yīng)：裂變：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。例如：茄一；.：、，.鏈?zhǔn)?/p>