物理3-5知识点汇总

物理3-5近代物理 知识点汇总
【黑体辐射】
1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫做热辐射。

2.热辐射特性：热辐射的本质是物体向周围发射能量（称为辐射能），在一定时间内物体的辐射能量及这些能量按波长的分布情况都跟温度有关。

3.黑体：在热辐射的同时物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。

黑体是一个理想化的模型。

4.黑体辐射的实验规律：对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

随着温度
的升高,各种波长的辐射强度都有增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

【普朗克的量子假说】
1.物体热辐射发出的电磁波波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的。

普朗克认为:振动着的带电微粒的能量是某一最小能量ε的整数倍。

这个最小能量ε叫做能量
子：h εν=。

其中ν是电磁波的频率, h 是普朗克常量,其值为 346.62610h J s -=⨯∙。

2.意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。

3.量子化现象：在微观世界中物理量分立（不连续）取值的现象称为量子化现象。

4.量子化假设的意义：普朗克的能量子假设能够很好地解释了黑体辐射实验现象的黑体辐射强度随波长分布的公式，使人类对微观世界的本质有了全新的认识。

【光电效应】 [考纲要求:Ⅰ]
1.1887年,赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现,接收电路的间隙如果受到光照,就更容易产生电火花。

这就是最早发现的光电效应。

2.光电效应：照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应。

这种电子常被称为光电子。

3.光电效应的实验规律：
（1）存在着饱和电流
单位时间内从阴极的金属表面逸出的光电子数与入射光的强度成正比。

在光照条件不变的
情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值（稳定值），这个值就是饱和电流。

（2）存在着反向遏止电压和截止频率
①光电子具有的最大初动能212
e c m v 与反向电压c U （称为反向遏止电压）满足下列关系：212e c c m v eU =
反向遏止电压：若加上反向电压，阴极K 接电源正极，阳极A 接
电源负极，在光电管两极间形成使光电子减速的电场，使电流减小到
0，此时的反向电压称为反向遏止电压。

②当人射光的频率减小到某一数值c ν时,即使不施加反向电压也没有光电流（即0I =）。

这就是说当入射光的频率c νν≤时，无论光的强度多么大、光照时间多么长，都不会发生光电效应。

c ν称为截止频率或极限频率。

不同金属的截止频率不同。

（3）电子的能量由入射光的频率决定
对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。

这表明光电子的能量
只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。

（4）光电效应具有瞬时性
光电效几乎瞬时发生的，时间不超过10-9s 。

4.爱因斯坦的光子说:（受普朗克量子化假设的启发）爱因斯坦认为在空间传播的光不是连续
的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即E h ν=。

5.光电效应方程：0k E h W ν=- 爱因斯坦的光电效应方程在本质上是能量的转化和守恒定
律对应的方程：一个电子吸收一个光子的能量（h ν）后，除了克服原子核的引力做功消耗一
部分能量外，另一部分能量转化为光电子从金属中逸出时的初动能。

由于0W 是电子逸出金属
时要做的最小功，所以k E 实际上为电子逸出时的最大初动能。

6.对光电效应实验现象的解释：
①在此处键入公式。

①当光子照射到金属上时，它的能量可能被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收能量后动能增加；当它的动能足够大时，它能克服金属内部原子对它的吸引而离开金属表面逃逸出来，成为光电子，这一过程时间很短，不需要长时间的能量积累；当它的动能不够大时，它仍然被束缚在金属内部。

②一个电子最多只能吸收一份光子。

③电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，由于路径不同，电子逃逸出来时损失的能量不同，从而它们离开金属表面时的初动能不同，只有直接从金属表面逃逸出来的电子的初动能最大，这些光电子克服原子的引力所做的功叫做这种金属的逸出功（0W ）。

④对于某一金属，逸出功是一定的，要产生光电效应入射光的频率大于某一极限值0ν，即有极限频率00W h
ν=的存在，0ν的大小等于前面所说的截止频率c ν。

⑤对同一频率（颜色）的入射光,光强越大,单位时间内入射到金属上的光子数越多,吸收光子
的电子数和从金属中逸出的光电子数也越多，所以光电流强度就越大。

7.对光电效应规律的理解
①光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电；光电子是金属表面受到
光照射时发射出来的电子其本质是电子。

光子是光电效应的因,光电子是果。

②光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时,电子吸收光子的全部能量可能
向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。

光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。

③光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电
流与所加电压大小无关。

④入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

⑤光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,对于不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和光电流与入射强度之
间没有简单的正比关系。

图线形状 读取信息与入射光
①截止频率②逸出功：纵轴截距的绝对值－③普朗克常量：图线的斜率
①截止频率②遏止电压大而增大③普朗克常量电子电量的乘积，即颜色相同、强度不同的
①遏止电压②饱和光电流③最大初动能：颜色不同时，光电流与
①遏止电压②饱和光电流③最大初动能1.光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射
2. 康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时,发现在散射的X 射线中,
除了与入射波长0λ相同的成分外,还有波长大于0λ的成分,这个现象称为康普顿效应。

2.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性。

前者表明光子具有能量,后者表明光子除
了具有能量之外还具有动量。

【光的波粒二象性】[考纲要求:Ⅰ]
1.光的干涉、衍射和偏振等现象,说明光具有波动性;光电效应、康普顿效应和光子说证明光具有粒子性。

光既具有波动性又具有粒子性的事实说明光具有波粒二象性.
2.光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或者粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质。

3.描述光的性质的基本关系式：光子的能量: h εν= 光子的动量: h p λ
= ε和p 是描述粒子性的重要物理量,波长λ、频率ν是描述波动性的典型物理量,普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。

波动性和粒子性是光的本身属性,光的粒子性和波动
性组成一个有机的统一体，相互之间并不是独立存在的。

说明：①当光同物质发生作用时,表现出粒子的性质
②少量或个别光子易显示出粒子性
③频率高、波长短的光子粒子特征显著
④足够能量的光(大量光于)在传播时,表现出波的性质
⑤频率低、波长长的光,波动性特征显著
5.波动性和粒子性的对立与统一
(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。

(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。

(3)光子说并未否定波动说，hc E h νλ
==中，ν和λ就是波的概念。

(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。

【概率波】
1．物质波
(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。

(2)物质波的波长：h h p mv
λ==，h 是普朗克常量。

2.对德布罗意物质波的理解
(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太短的缘故 。

(2)德布罗意波假说是光子波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物
粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。

1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,从而证实了电子的波动性。

1960年,约恩孙直接做了电子双缝干涉实验,也证明了电子具有波动性。

3.概率波：光波是概率波。

光子在空间各点出现的概率遵从波动规律,所以物理学中把光波叫
作概率波。

光子的行为服从统计规律.干涉加强处表示光子到达的数目多,从统计的观点来看,
就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少,也就是光子在该处出现的
概率小。

这种概率的大小服从波动规律,因此,我们把光波叫作概率波。

波动性不是由光子间相互作用引起的,而是单个光子的固有属性。

4.经典的粒子和经典的波：(1)经典物理学中粒子运动的基本特征:任意时刻有确定的位置和速度以及有确定的轨道 (2)经典的波的特征:具有频率和波长,也就是具有时空的周期性。

5.单个光子运动的偶然性：用弱光照射双缝,当照射时间很短时,胶片上出现的是散乱的感光点,这一个个感光点表明光在与胶片作用(使其感光)时,是一份一份进行的;同时,感光点的散乱还
表明单个光子通过双缝后到达胶片的什么位置是随机的,是预先不能确定的。

5.大量光子运动的必然性：当弱光照射双缝较长一段时间后,有大量光子先后通过双缝落在胶
片上,出现大量的感光点,这些感光点形成分隔的一条条感光带,这正是光的双缝干涉条纹在明
条纹(感光强)处光子到达的多,单个光子到达明条纹处的概率大,而在暗条纹(感光弱)处,光子
到达的概率小,因此,尽管单个光子通过双缝后落在胶片上何处是随机的,但它到达胶片上某位
置处的概率大小却符合波动规律。

6.和谐的统一：少量光子的行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律，“概率
波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法。

【不确定性关系】
1.粒子位置的不确定性：在单缝衍射现象中,入射的粒子有确定的动量,但它们可以处于挡板的任何位置,也就是说,粒子在挡板上的位置是完全不确定的。

2.粒子动量的不确定性：微观粒子具有波动性,会发生衍射现象,大部分粒子达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后,有些粒子 到跑到投影位置以外,这些粒子具有与其原来方向垂
直的动量。

由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的,所以粒子在垂直方向上的动量也
具有不确定性。

不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量。

3.位置和动量的不确定性关系: 4h x p π∆∆≥,也称测不准原理。

由4h x p π
∆∆≥可以知道,在微观领域,要准确地测定粒子的位置,动量的不确定性就更大；反之,要准确确定粒子的动量,那么位置的不确定性就更大.如将狭缝变成宽缝,粒子的动量能被精确测定(可认为此时不发生衍射),
但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝0x ∆→,粒子的位置测定精确了,但衍射范围会随x ∆的减小而增大,这时动量的测定就更加不准确了。

4.不确定性关系也存在于能量与时间之间,一个体系处于某一状态,如果时间有一段t ∆不确定,
那么它的能量也有一个范围E ∆不确定,且有4h E t π
∆∆≥。

5.不确定量求解的基本思路：
（1）不确定性关系列式4h x p π
∆∆≥（2）对物质微粒(或实物体)有p mv =,即p m v ∆=∆ （3）对光子有2h h p p λλλ
∆=⇒∆= 由以上三式联立即可求得不确定量的值 说明：宏观世界中物体的质量比微观世界中物体(粒子)的质量大许多倍,正是因为宏观物体质量较大,其位置和速度的不确定量极小，通常不计,可以认为其位置和速度速度测定的不确定量,并根据计算结果,讨论在宏观和微观(动量)可精确测定；而微观粒子由于其质量极小,其位置和动量的不确定性特别明显,不可忽略,故不能准确把握粒子的运动状态。

对于宏观尺度的物体,其质量m 通常不随速度v 变化(因为一般情况下v 远小于c ),
即p m v ∆=∆,所以4h x v m
π∆∆≥。

由于m 远大于h ,因此x ∆和v ∆可以同时达到相当小的地步,远远超出最精良仪器的精度,完全可以忽略,可见不确定现象仅在微观世界方可观测到。

【电子的发现】
1.气体电离导电：在通常情况下,气体是不导电的,但在强电场中,气体能够被电离而导电。

平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果。

2.电子的发现：1897年，汤姆孙根据阴极射线（能使荧光物质发光）在电场和磁场中的偏转情况断定,它的本质是带负的粒子流并求出了这种粒子的比荷。

组成阴极射线的粒子被称为电子。

3.电子发现的意义：人们发现了各种物质里都有电子,明电子是原子的组成部分，原子是有结构的。

【卢瑟福：α粒子散射实验】
1.实验要求：（1）整个实验过程在真空中进行（2）金箔很薄，α粒子很容易通过。

2.实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子(约占
八千分之一)发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,有的几乎达到180°，沿原路返回。

【原子结构模型】
1. 汤姆孙的原子模型：汤姆孙认为, 原子中的正电荷和质量的绝大部分都均匀地分布在整个原子球体内,而电子镶嵌在其中,即所谓的“枣糕模型”。

运用汤姆孙的原子结构模型可以粗略解释原子发光等问题。

2.卢瑟福的核式结构模型：卢瑟福依据α粒子散射实验的结果,提出了原子的核式结构:在原子中心有一个体积很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。

按照卢瑟福的核式结构模型学说,可以很容易地解释α粒子的散射实验现象。

由于原子核很小,大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响;只有极少数α粒子从原子核附近飞过明显地受到原子核的库仑斥力作用而发生大角度的偏转。

3.原子核的电荷与尺度：通常用核半径R 表示核的大小。

根据α粒子散射实验估算,原子半径的数量级为1010m -,原子核半径R 的数量级为1510m -。

可见原子内部是十分“空旷”的。

4.分析和解答有关α粒子散射实验问题时,必须以电子的发现及α粒子散射实验现象为依据,并结合前面所掌握的动能、电势能、库仑定律及能量守恒定律等知识,综合分析和求解有关α粒子靠近原子核过程中的功、能的变化及加速度、速度的变化等问题.特别注意明确如下两点：
（1）α粒子散射实验的原理是α粒子和核之间存在库仑斥力, α粒子并未与核直接发生碰撞,所以偏转是库仑斥力导致的。

（2）库仑斥力对α粒子做功,使α粒子和核具有的电势能及α粒子的动能发生改变,总能量守恒。

由此可分析发生偏转的α粒子的能量变化情况。

【氢原子光谱】 [考纲要求:Ⅰ]
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。

有些光谱是一条条的亮线,我们把它们叫做谱线,这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,我们把它叫做连续谱。

1.发射光谱:发光物质直接产生的光谱。

它又可分为线状光谱(明线光谱)和连续光谱
(1)明线光谱:只含有一些不连续的亮线的光谱.它是由游离状态的原子发射的,因此,也叫原子光谱。

稀薄气体或金属的蒸气的原子处于游离状态,其发射光谱是明线光谱实验证明,每种元素的原子发光的频率不同,所发光的明线位置不同, 各种原子的发射光谱都是线状谱,说明原子只发出几种特定频率的光。

因此,每种原子都有自己的特征谱线。

(2)连续光谱:由连续分布的光带组成的光谱。

炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续光谱。

连续光谱是由物质的分子发射的。

2.吸收光谱:高温物体发出的白光,通过温度较低的物质蒸气,部分频率的光被吸收,结果在连续光谱的背景上出现波长不连续的暗线。

若将某种元素的吸收光谱和线状光谱比较可以发现: 各种原子吸收光谱的暗线和线状光谱的亮线相对应.即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的,只是通常在吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些。

3.氢原子的光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱。

4.巴耳末公式：1885年,巴耳末首先将氢原子光谱线的波长倒数用下列的经验公式来表示:
22111,3,4,5,...2R n n λ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭
式中711.1010R m -=⨯，称为里德伯常量。

由公式可看出,n 只能取整数,不能连续取值,波长也只能是分立的值。

在氢原子光谱中谱线波长的倒数可以表示为两光谱项之差和氢原子一样,其他原子谱线的波长的倒数也可以表示为两个光谱项之差,所不同的是它们的光谱项的形式要复杂得多。

5.既然每种原子都有自己的特征谱线,我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成这种方法称为光谱分析。

（1）方法:可以利用明线光谱,也可利用吸收光谱。

（2）优点:分析迅速、准确、灵敏度高.某种元素在物质中的含量达10-10g,就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检测出来。

（3）应用:光谱分析在科学技术中有广泛的应用:①检查物体的纯度；②鉴别和发现元素；③天文学上光谱的红移表明恒星的远离等，例如太阳光中含有各种颜色的光,当阳光透过太阳高层大气射向地球时,太阳高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,从而产生吸收光谱。

将这些吸收光谱的暗线与已知元素的光谱相比较,就可以知道太阳周围大气中存在何种元素。

【玻尔的原子模型】[考纲要求:Ⅰ]
1.玻尔认为,围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值,这种现象叫作轨道量子化;不同的轨道对应不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的。

将上述内容进行归纳,玻尔理论有以下三个基本假设:
（1）能量状态量子化
原子只能处于一系列的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
核旋转,但并不向外辐射能量,这些状态叫作定态, 2n Rhc E n
=-，1,2,3,...n =
（2）原子跃迁假设
电子从一个定态轨道(能量为m E )跃迁到另一个定态轨道(能量为n E )时,它辐射(或吸
收)一定频率的光子,这些光子的能量由这两个定态的能量差决定,即m n h E E ν=-,这个式子被称为频率条件,又称为辐射条件。

由上式可以看出,能级差越大,放出光子的频率就越高。

由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同, 因此辐射的光子频率也各不相同。

这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。

光子的吸收是光子发射的逆过程,原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁.两个能级的差值仍是个光子的能量,其关系式仍为m n h E E ν=-。

（3）轨道量子化
原子的不同能量状态对应于电子沿不同的圆形轨道运动。

原子的定态是不连续的,因而电子的可能轨道是分立的。

说明：玻尔理论成功地解释了氢原子的光谱规律,然而由于玻尔理论没有从根本上摒弃经典物理理论,因此玻尔理论也有其局限性,它不能解释其他复杂的原子光谱。

2.玻尔理论对氢光谱的解释
在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,因此,各状态对应的能量也是不连续的,这些能量值叫作能级。

各状态的标号1,2,3,…叫作量子数,通常用n 表示.能量最低的状态叫作基态,其他状态叫作激发态。

基态和各激发态的能量分别用1E , 2E , 3E ,…表示。

原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高.我们把原子电离后的能量记为0,则其他状态下的能量值就是负的。

原子各能级的关系为: 12n E E n
=（1,2,3,...n =） 对于氢原子而言,基态能量: 113.6E eV =-
其他各激发态的能级为:
2 3.4E eV =-
3 1.51E eV =-…。

3.能级图氢原子的能级图如图所示
①由能级图可知,由于电子的轨道半径不同,氢原子的
能级不连续,这种现象叫作能量量子化。

②原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电
势能和电子运动的动能。

③原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量,而从激发
态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量。

无论是吸收能量
还是放出能量,这个能量值不是任意的,而是等于原子发生跃迁
时这两个能级间的能级差,即原子吸收光子时是有选择地吸收
相应频率的光子。

4.能级的跃迁
通常情况下,原子处于基态时是最稳定的,原子处于激发态时是不稳定的处于激发态的原子会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子,经过一次或几次跃迁回到基态。

5.注意：
①原子能级跃迁时,处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态,也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态,最后回到基态。

一个原子由较高能级回到基态,到底发生了几次跃迁是不确定的。

②物质中含有大量的原子,各个原子的跃迁方式也是不统一的。