第三节_能级_和物质波(定稿)
高三量子物理基础知识点
高三量子物理基础知识点量子物理作为物理学的一个分支，研究了微观粒子的行为和性质。
它的发展不仅在理论上对人类认识世界的边界提出了新的挑战，也在实践中为我们带来了许多科技的突破。
在高三物理课程中，学习量子物理的基础知识点能够帮助学生更好地理解自然界的奥秘和物质的本质。
1. 光的粒子性和波动性光既具有波动性，又具有粒子性。
在光的波动性方面，它可以表现出干涉、衍射和干涉等现象；在光的粒子性方面，它的能量是量子化的，被称为光子。
这一认识奠定了光的双重性质的基础。
2. 光电效应光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射电子。
该现象的关键是光子的能量，只有光子的能量高于金属的逸出功，才能够将电子从金属中释放出来。
这一现象的发现证明了光的粒子性，并为之后的量子理论打下了基础。
3. 波尔模型和能级波尔模型是描述氢原子光谱的理论模型。
根据波尔模型，电子在原子中绕核运动，只能处于特定的能级上，并且只有在吸收或放出特定的能量差时，电子才会跃迁。
4. 不确定性原理不确定性原理是由海森堡提出的，它表明对于微观粒子，无法同时准确测量其位置和动量。
这是因为测量的过程本身会对粒子的状态产生干扰，从而限制我们对其位置和动量的同时准确测量。
5. 薛定谔方程和波函数薛定谔方程是描述量子系统的基本方程，它可以通过求解得到粒子的波函数。
波函数是描述粒子在空间中的分布和运动状态的数学函数，通过对波函数的求模平方可以得到粒子的概率分布。
6. 自旋和双重态自旋是描述粒子内禀角动量的量子数，它可以认为是粒子围绕其自身轴向旋转产生的，与经典物理学中的角动量不同。
根据自旋的性质，粒子可以组成双重态或多重态，从而影响其在物理过程中的行为。
7. 量子隧穿效应量子隧穿效应指的是当粒子遇到势垒时，即使其能量低于势垒，仍然有一定概率穿透势垒出现在势垒的另一侧。
这是由于粒子的波粒二象性，使得粒子可以同时表现出波动和粒子行为。
8. 幺正演化和量子纠缠幺正演化是量子系统演化的基本原则，它保证了量子态的幺正性和概率守恒。
中考物理能级结构及光谱复习知识整合
中考物理能级结构及光谱复习知识整合物理能级结构及光谱复习知识整合物理能级结构是物理学中一个重要的概念，它描述了原子、分子或者固体中电子在不同能量状态下的分布情况。
光谱是用于研究物质的光线的吸收、发射以及散射特性的工具。
在中考物理考试中，能级结构及光谱是常见的考点。
本文将对这些知识进行整合和复习。
一、能级结构1. 原子的能级结构在原子中，电子分布在不同的能级上，其中最外层的能级称为价层。
电子从低能级跃迁到高能级时吸收能量，从高能级跃迁到低能级时释放能量。
2. 分子的能级结构分子的能级结构与原子类似，不同之处在于分子中的能级会受到分子结构和振动旋转等因素的影响。
分子能级结构的研究对于理解分子光谱和化学反应机理很重要。
3. 固体的能带结构固体中原子的能级会互相重叠形成能带结构。
价带是固体中处于低能态的能带，导带是固体中处于高能态的能带。
导带与价带之间的能隙决定了固体的导电性质。
二、光谱1. 吸收光谱吸收光谱描述了物质在吸收光时的行为。
物质吸收光的波长与能级之间的跃迁有关。
根据吸收光谱，可以判断物质的组成和结构。
2. 发射光谱发射光谱描述了物质在受激激发后发射光的行为。
物质发射的波长与能级之间的跃迁有关。
发射光谱可以用于物质的定性和定量分析。
3. 散射光谱散射光谱描述了光在物质中的传播过程中遇到颗粒或者分子而发生方向改变的现象。
散射光谱可用于分析颗粒物质的浓度、粒径等信息。
三、能级结构与光谱的应用1. 激光激光的产生和调制与能级结构和光谱有关。
激光的波长和脉冲宽度等参数可以通过调控原子和分子的能级结构和光谱特性来实现。
2. 化学分析基于物质的吸收和发射光谱特性，可以进行化学分析。
例如，原子吸收光谱法和荧光光谱法可以检测和定量分析样品中的元素。
3. 医学影像学医学影像学中的许多技术，如核磁共振、放射性核素扫描等，都与能级结构和光谱有关。
通过对不同物质的光谱特性的研究，可以实现对人体组织的成像和疾病的诊断。
教学：物质波
二、电子的双狭缝干涉：
2.电子双狭缝干涉实验：
(本世纪初，物理学家评为最美丽的10个历史实验中的第一名)
(1)1961年，德国科学家首先成功地制造出非常细小 的狭缝，当电子通过此狭缝后，可得到很清晰的 干涉条纹。
二、电子的双狭缝干涉：
2.电子双狭缝干涉实验：
(本世纪初，物理学家评为最美丽的10个历史实验中的第一名)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、波粒二象性与量子论：
※图8-9：
说明： γ射线（无法呈现在照 片中）自左端进入，与 氢原子碰撞后，出现的 电子(小螺旋)与正子 (大螺旋)及氢原子(长 线)的运动轨迹。
而是具有特定的数值 h f， 此值也称为能量量子（energy quantum) 。
三、波粒二象性与量子论：
5.量子论（quantum theory）：
探讨辐射与原子交互作用时的光量子行为，以 及在微观尺度内基本粒子与其他相关的量子化 特性，所发展出来的理论。
在微观尺度下，牛顿运动定律因无法诠释 这些量子化现象，而不再适用。
2.电子也具有波粒二象性：
因此电子行为到底是波或粒子，须依据所执行 的实验来决定。
三、波粒二象性与量子论：
光有时是波， 有时是粒子
电子有时是粒 子，有时是波
三、波粒二象性与量子论：
4.光的能量量子化（quantized）：
光的粒子性表示电磁波在微观尺度中，与原子 交互作用的能量不是与振幅有关，也不可具有 任何连续值。
1.光具有波粒二象性（wave-particle duality）：
波动性：
电磁辐射（含可见光、X光、微波、 ⋯⋯ 等）在 传播行进时，它们集体地散布或占据较大空间 ，也可产生干涉与绕射现象。
光子和物质波
经典理论无法解释康普顿效应 据经典电磁波理论,当电磁波通过物质时,物质中带 电粒子将作受迫振动,其频率等于入射光频率,即 它所发射的散射光频率应等于入射光频率: 0 电磁波为横波， 在 90 方向无散射波。
2.用光子理论解释康普顿散射
（1） 基本思想 X射线(光子流)和散射物质相互作用情况与散 射物质种类无关。 弹性碰撞 光子 相互作用 电子 碰撞 非弹性碰撞 完全非弹性碰撞
波动性：突出表现在传播过程中 （干涉、衍射） 粒子性：突出表现在与物质相互作用中 (光电效应、康普顿效应) 一、标准模式 光的性质 不同侧面 光的杨氏双缝干涉实验： 光波动性的证据。 理想实验：在屏C上放一个微 小的光子检测器D，吸收一个 光子就发出一卡嗒声，缓慢移 动D发现卡嗒声时率时增时减， 时率的极大和极小刚好与干涉 条纹的最亮与最暗对应。
2 c sin 2
2
0.0048 nm
2) 波长的改变量与入射光的波长无关。
理论结果与实验相符
证明了爱因斯坦光子理论的正确性。 证明了能量守恒、动量守恒定律的普适性。 证明相对论效应在宏观、微观均存在。
0.048 9. 6 % 0. 5 1
对紫光
2
• 总辐射度 E T 物体在单位时间内，从单位面积上发射的包含各 种波长的辐射总能量。
d
E (T ) 0 M ( , T )d
二、黑体辐射 1. 绝对黑体－理想模型 能全部吸收照射到其表面 各种波长辐射的物体。 模型：空腔小孔 完全吸收体,也是理想发射体。 测定黑体M(,T)的实验装置
撞 后
hˆ p1 i
h Y方向 0 sin mv sin ( 3)
2019-2020年高中物理(人教大纲版)第三册 第二十一章 电子论初步 三、能级(第一课时)
2019-2020年高中物理（人教大纲版）第三册第二十一章电子论初步三、能级(第一课时)●本节教材分析第三节是这一章的重点，也是一个难点.能级是通过量子论成功地解释了微观世界的运动规律的重要内容.对微观世界能量不连续（能量量子化）的认识是学习能级概念的关键.由于微观世界规律的不可直接感知性，“量子化”的观念的形成需要一个过程，在教学中需要注意以下几点：1.重点描述“能量量子化”，突出玻尔理论中的“能级”的概念.这是玻尔理论成功之处.2.在“轨道量子化”的概念上，重在描述“量子化”的概念，淡化“轨道”的概念.氢原子中的电子是没有轨道的，只有电子云.这是玻尔理论的局限之处.3.重视由可直接感知的实验现象“原子光谱”反向验证“能级”假设的教学过程，增加直观性、增加对科学假设提出、验证过程的认识.●教学目标一、知识目标1.了解玻尔关于轨道量子化的概念.2.理解能级的概念.3.理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系.4.知道原子光谱为什么是一些分立的值；知道原子光谱的一些应用.二、能力目标1.能够比较氢原子的能级的高低；计算能级差.2.学会利用公式hν=E m-E n计算辐射或吸收的光子的频率、波长.3.能够利用能级的概念解释线状谱.4.了解线状谱的应用.三、德育目标1.通过学习玻尔理论的成功与局限，让学生体会科学发展是一代一代科学家辛勤劳动的曲折过程，树立为科学献身的精神，刻苦钻研，勤奋好学.2.在学习利用能级的概念解释线状谱的过程中，让学生体会科学研究的一些基本方法——“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”.3.了解人类的认识就是从不断地纠正偏差错误中提高的.●教学重点能级概念、光子的辐射与吸收理论.●教学难点辐射与吸收公式的应用、用能级概念解释线状谱.●教学方法教学中利用自学后提问的方式引导学生学习本节.利用电教设备提高直观性、增加与周围生活的联系.能级示意图、原子光谱幻灯片、有关科技史的录像等都能起到这样的效果.充分体现学生的主动性，在阅读、讨论、归纳、总结的过程中得出结论.这样便于学生深刻体会有关概念和规律、牢固树立量子论的观念 .●教学用具投影片、原子光谱的彩色幻灯片、有关20世纪初线状谱的发现、研究过程的科技史录像.●课时安排1 课时●教学过程一、引入新课1.复习旧知回顾光电效应——量子论的应用带来的成功［教师］在量子论初步的第一节我们学习了光电效应及其理论解释，请问是谁，通过什么理论成功地解释了光电效应？［学生］成功解释光电效应的物理学家是爱因斯坦，他提出了光子说的，爱因斯坦光电效应方程解释了光电效应.［评论］最早提出微观世界能量是不连续的物理学家是普朗克.爱因斯坦是在普朗克的量子论的启发下提出光子说的，利用量子论不仅成功地解释了光电效应，还可以推断原子的结构.2.简单介绍19世纪末20世纪初原子结构的研究.［引入］19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家提出了关于原子结构的各种模型.其中玻尔因为引入能量量子化的概念取得了成功.我们今天来一起学习与此有关的《能级》这一课.二、新课教学（一）学生阅读全文（10分钟~15分钟）［课堂安排］学生阅读全文（10分钟~15分钟），并讨论、回答幻灯片中的问题.（二）（思考题投影片）A.什么是能级？［学生］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.这些能量值叫做能级.B.课文讨论的是原子．．的能级？．．的能级还是电子［学生］课本讨论的是原子的能级，这个能量值是原子和核外电子共有的.C.能级这个假设哪里可以体现量子论的应用？［学生］原子的能级对应的状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的.D.原子的能量可以改变吗？是怎样改变的？［学生］原子的能量可以通过吸收或发射光子来改变，原子吸收光子能量增大跃迁到高能级，发射光子能量减小就会跃迁到低能级.E.以氢原子为例讲讲它何时能量最高？何时能量最低？中间状态是怎样的？怎样表示？［学生］氢原子被电离后能量最高，当它处于基态时能量最低，其他状态叫激发态.各态的量子数分别为n=1、2、3…，能量分别用E1、E2、E3…表示.F.如何计算原子跃迁时发射的光子的频率？［学生］利用公式hν=E m-E n可得：ν＝(E m-E n)/h(其中h为普朗克常数）投影练习［例］处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1＜ν2＜ν3，则该照射光的光子能量为A.hν1B.hν2C.hν3D.h(ν1+ν2+ν3)［分析］基态的氢原子吸收照射光的能量后，跃迁到激发态，由于激发态是不稳定的，会自发地向较低能级跃迁，并且，从激发态向较低能级跃迁时有各种可能.由题意知，它只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，可见，原来处于基态的氢原子吸收能量后激发到n=3的能级，与这三种频率的光所对应的跃迁如图21—6所示.所以，该照射光的光子能量为hν3.图21—6［答案］CG.关于原子理论课文中提到哪几位物理学家？谁的理论更成功？（录像）［学生］课文中提到了卢瑟福、玻尔两位，其中玻尔的理论在继承了卢瑟福的成功之处后，加入了量子理论就更加成功.H.玻尔理论成功的原因是什么？玻尔理论的局限在哪儿？［学生］玻尔的理论在继承了卢瑟福的成功之处之后，加入了量子理论提出了能量量子化的理论，这是他的理论的成功之处.玻尔理论的局限在于，他仍然使用了“轨道”这样的经典理论解释电子的运动.I.什么是原子光谱？［学生］稀薄的气体通电后能够发光.利用分光镜可以得到气体发光的光谱.每种元素中的谱线分布都与其他元素不一样.这样我们就可以通过光谱的分析知道发光的是什么元素.这种分立的线状谱又叫原子光谱.［教师］这种光谱并不连续，它只是分立的几条亮线.也就是说，稀薄气体通电时只发出几种确定频率的光.不同气体光谱的亮线位置不同.这表明不同气体发光的频率是不一样的.经典的电磁理论认为原子的能量是连续的，所以它的发光谱线是连续谱.这样人们发现的这种原子光谱跟经典的电磁理论产生了矛盾，这说明了经典的电磁理论不适用于原子结构.［展示投影］彩色的各种元素的原子光谱［分析］我们将每个光谱进行对比看看其中的谱线是否相同？［结论］展示的几种光谱没有一种谱线完全相同.［思考］为何不同的原子发出的谱线不同？［讨论结果］由于不同原子的结构不同，能级也就不同，它们可能辐射的光子也就有不同的波长，所以各种元素光谱中的谱线分布都与其他元素不一样，这样我们就可以通过分析知道发光的是什么元素.J.原子光谱与能级假设的关系？［学生］当原子从高能级跃迁到低能级时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差.由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，从光谱上看，原子辐射光波的频率只有若干分立的值.按照玻尔理论能级假设可以很好地计算光谱中的谱线的位置，与实验符合的很好.K.总结.“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”科学研究的一些基本方法.［录像］有关20世纪初线状谱发现、研究过程的科技史录像［讲授］总结.“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”是科学研究的一些基本方法.（三）课堂巩固训练［例1］一群氢原子处于n=4的激发态，它们可能发出的谱线A.只有1条B.只有3条C.可以有6条D.可以有无数条［分析］原子发光是能级间的跃迁，处于激发态的氢原子在跃向较低能级时就会辐射出一定频率的谱线.由于氢原子从高能态向低能态跃迁时有各种可能，如图21—7所示，因此这一群原子可以能发出6条光谱线.图21—7［答案］C［例2］有一群处于n=4的激发态的氢原子，当它最终回到n=1的基态过程中，求：（1）可能放出几种频率的光？（2）其中光子的最低频率是多少？它属于哪种区域的光？图21—8［分析］根据氢原子的能级图，分析从n=4跃迁到n=1的可能方式有几种，那么放出的光子频率即为几种.根据跃迁假设：hν=E4-E3，此种情况下放出光子的能量最小，即频率最低.通过查表可知此种光的范围.［解题方法］参照氢原子的能级图.6种频率的光子.根据跃迁假设hν=E4-E3，此种情况下放出光子的能量最小，即频率最低.ν=(E4-E3)/h=［0.85-(-1.51)×1.6×10-19］/6.63×10-34 Hz=1.5×1014 Hz通过查表可知属于红外光区域.（四）延伸拓展氢原子的核外原子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大［分析思路］根据玻尔理论，处在定态的氢原子中电子绕核做匀速圆周运动.在离核越远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核近的轨道跃迁到离核较远的轨道.且库仑定律、牛顿定律都成立.氢原子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即ke2/r2=mv2/r，由r可判断动能.电子在不同轨道间跃迁时，库仑力做正功则电势能减小，库仑力做负功则电势能增加.［解题方法］玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能等知识.［答案］D三、小结玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的.认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态.玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性.本节我们学习了：1.玻尔关于轨道量子化的概念.2.能级的概念.3.理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系及公式hν=E m-E n的简单计算.4.学习了原子光谱为什么是一些分立的值；知道原子光谱的一些应用.四、布置作业课本练习三①、②、③五、板书设计六、本节优化训练设计1.根据玻尔的氢原子理论，量子数n越大，则A.电子轨道半径越大B.核外电子速度越大C.氢原子能级的能量越大D.跃迁时可能辐射的谱线越多2.一个氢原子由基态跃迁到n=4的激发态时，此氢原子的光谱中A.将出现一条明线B.将消失一条明线C.各谱线均无变化D.将出现连续谱3.设氢原子基态的能量为E1，某一激发态的能量是E2，当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，它辐射的光子频率ν=________；在真空中的波长λ=________.（已知光在真空中速度为c,普朗克常数为h)4.氢原子从n=3跃迁到n=2时放出的光能使某金属发生光电效应，则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属产生光电效应的是A.从n=2跃至n=1B.从n=4跃至n=3C.从n=5跃至n=3D.从n=6跃至n=55.要使基态的氢原子的电子变为自由电子，至少要吸收能量为________ eV的光子.参考答案：1.ACD 2.B 3.（E2-E1）h hc/(E2-E1) 4.A 5.13.6。
高三物理能级PPT课件
2020年10月2日
之前就已经观 察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气 体光谱只有几条互不相连的特定谱线，玻尔理论 很好的解释了氢原子的光谱．
2020年10月2日
原子从高能级跃迁到 低能级时，辐射光子的能 量等于前后两个能级之 差．由于原子的能级不连 续，所以辐射的光子的能 量也不连续，从光谱上看， 原子辐射光波的频率只有 若干分立的值．
原子也可以从激发态向
基态跃迁(自发的)，电子所
受库仑力做正功减小电势
能，原子的能量减少要辐
射出能量，这一能量以光
子的形式放出．
2020年10月2日
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光子的发射和吸收
原子在始、 末两个能级Em和 En（ Em>En ）间 跃迁时发射光子 的频率可以由下 式决定：
2020年10月2日
hEmEn
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人们早在了解原子内部结构之前就已经观 察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气 体光谱只有几条互不相连的特定谱线，玻尔理论 很好的解释了氢原子的光谱．
汇报人：XXX 汇报日期：20XX年10月10日
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解决其他问题上遇到了很大
2020年10月2日
的困难．
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，利用库仑定律和牛 顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道 半径和对应的能量．
高考物理一轮复习 波粒二象性、能级课件(选修3-5)
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3．光谱分析 利用每种原子都有自己的 特征谱线 可以用来鉴别物质和确 定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上 有着重大的意义．
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知识点5 氢原子的能级结构、能级公式 1．玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列 不连续 的能量状态中，在这 些能量状态中原子是 稳定 的，电子虽然绕核运动，但并不向外 辐射能量． (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或 吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决 定，即hν＝ Em－En .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
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知识点3 光的波粒二象性、物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动 性． (2)光电效应说明光具有 粒子 性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 波粒二象 性．
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2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮 条纹是光子到达概率 大 的地方，暗条纹是光子到达概率 小 的 地方，因此光波又叫概率波． (2)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
解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知：Ek只与 频率ν有关，故选项B、C、D错，选项A正确．
答案：A
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4．当具有5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属 表面逸出的光电子的最大初动能是1.5 eV.为了使该金属产生光 电效应，入射光子的最低能量为( )
(1)氢原子的能级公式：En＝
1 n2
E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为
基态能量，其数值为E1＝ －13.6eV.
物质波知识点总结
物质波知识点总结1. 物质波的提出与基本原理物质波理论最早由德布罗意提出，他认为微观粒子具有波动特性。
这一理论的提出是基于早先的光子理论，即光是一种波动，所以粒子也可以表现出波动的性质。
德布罗意通过一系列推导和实验观察得出了与波动性质相关的基本公式，即德布罗意波长公式：\[ \lambda = \frac{h}{p} \]其中，λ为德布罗意波长，h为普朗克常数，p为粒子的动量。
这一公式表明了粒子的波长与动量成反比，即动量越大，波长越短，波动性越显著。
物质波的提出与普朗克量子论以及光的波粒二象性有着密切的联系。
普朗克提出了能量量子化的概念，即能量不是连续的，而是离散的。
而光的波粒二象性也表明了光既可以表现为波动，也可以表现为粒子。
物质波的提出，进一步强化了微观粒子的波动性质，为后来的量子力学的建立奠定了基础。
2. 物质波的性质和实验观察物质波具有一系列独特的性质和行为，这些性质在实验观察中得到了验证，也为量子力学的建立提供了有力的证据。
首先，物质波的波长与动量成反比的关系在实验中得到了验证。
例如，电子的衍射实验表明了电子具有波动性质，其波长与动量成反比，与德布罗意波长公式吻合。
这一实验结果进一步验证了物质波的存在以及波动性质。
其次，物质波的干涉现象也得到了实验观察的证实。
类似于光的干涉实验，电子的干涉实验也表明了电子具有波动性质。
在双缝干涉实验中，电子的波动性质表现出明显的干涉条纹，这一实验结果再次证实了物质波的存在。
除此之外，物质波还具有量子力学中的波函数和波包的性质。
波函数描述了微观粒子的波动性质，而波包则描述了粒子的局域性。
这些物质波的性质在量子力学中发挥着重要的作用，为我们理解微观世界提供了重要的信息。
3. 物质波的应用物质波的存在和性质对于微观世界的研究以及现代技术的发展具有重要的意义。
物质波在量子力学和量子力学相关技术中有着广泛的应用。
首先，物质波在微观粒子的研究中发挥着重要的作用。
例如，通过电子衍射实验和双缝干涉实验，我们可以了解微观粒子的波动特性和行为规律。
第三节 能级 和物质波
三、原子的核式结构模型-----卢瑟福原子模型： 1、实验基础： α粒子散射实验 2、内容：
原子是由原子核和核外电子组成的，原子 核集中了原子的绝大部分质量和全部的正电荷。 电子在原子核外绕原子核作高速旋转。
3、与经典理论的矛盾：
（1）电子绕核做运动时属于非平衡状态， 应对外发射能量。
（2）原子光谱是线状谱。
63×10–34J·S
2. 基态和激发态： 光有多少种？
C．11A/16 D．13A/16
能量最低的状态（对应n=1）叫做基态， 二、人类对原子结构认识的过程：
（2）氢原子处于第四能级的激发态跃迁到第二能级的激发态时，辐射的光波的波长是多少？ 有一群处于基态的氢原子,其中跃迁到n=2、3、4 激发态的氢原子吸收能量分别为 ＿＿＿ ，＿＿＿ ，＿＿＿ 。
五. 物质波 63×10–34J·S
一类是实物如：电子、质子 一切运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波跟它对应，这种波叫做物质波。
原子从一种定态跃迁到另一定态时,要辐射（或吸收）一定频率的光子,光子能量等于两定态的能量差。
1、物质的两大类： 例3、如图给出氢原子最低的四个能级，大量氢原子在这些能级之＿＿
其它状态（对应n=2、3、4……）叫做激发态。 静电力常量为k=9×109N·m2/C2，普朗克常量为×10-34 J·s。
有一群处于基态的氢原子,其中跃迁到n=2、3、4 激发态的氢原子吸收能量分别为 ＿＿＿ ，＿＿＿ ，＿＿＿ 。
应对外发射能量。
3. 能级公式 一类是场如：电场、磁场
17．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。 处于n=4能级的电子吸收能量为A/16可以电离
4. 能级图 德布罗意公式— λ= h/p=h/mv
第三节 能级ppt
他的博士论文《金属电子论的研究》定性地 说明了金属的各种性质。他察觉到经典理论 的缺陷，并证明了金属的磁性决不能用这些 原理解释。结束在哥本哈根大学的学习后， 玻尔前往英国剑桥大学，想在汤姆逊的指导 下继续研究电子论，但是汤姆逊巳经对这个 问题失去了兴趣。于是玻尔随即转往曼彻斯 特大学，在卢瑟福的实验室工作。1913 年， 他发表了三篇论文，把当时的原子结构模型 与量子论结合起来，揭开了物理学崭新的一 页。
某个氢原子处于n=4激发态 n
量子数
∞
1、它可能向外辐射哪些
波长的光子？
5 4
3
2、它最多向外辐射的光 2 子数为多少？
3、若是一群处于该激发 态的氢原子呢？
1
E /eV 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4
-13.6
*五、光子的发射与吸收
1、向下跃迁
发射光子
2、向上跃迁
吸收能量
1)光子使原子跃迁
二、 玻尔的原子模型 卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾 1.原子的稳定性? 2.原子光谱是连续谱还是线状谱?
尼尔斯 ·玻尔丹麦 （1885-1962年）
1885 年，玻尔 (Neils Bohr) 出生于丹 麦．哥本哈根。他的父亲是哥本哈根大学 一名杰出的生理学教授，母亲出生于一个 在银行、政治和教育各界中均很活跃的富 有犹太人家庭。父母从小便很关心玻尔， 使他的天赋得以充分发挥。 1903 年，玻 尔入读哥本哈根大学，主修物理学。玻尔 尚未毕业时，便巳经锋芒毕露，他通过观 察喷射的水流就能精密测量出水的表面张 力。 1909 年，玻尔获理科硕士学位， 1911 年获哲学博士学位。
思考:用动能为12ev、15ev的电子与氢 原子碰撞，氢原子是否能发生跃迁
光电效应中的电子能级与波长关系
光电效应中的电子能级与波长关系光电效应是指光照射到物质表面时，表面的电子会被光子激发而跃迁到更高的能级或者被抛出物质，形成电子输出的现象。
这个现象的发现对于量子力学的发展有着重要的意义。
在光电效应中，电子的能级与入射光子的波长之间存在着一定的关系。
首先，我们来探讨电子能级与波长的关系。
电子能级是一个物质内部的量子化能量水平，用量子数来描述。
当光子照射到物质表面时，只有光子的能量高于或等于物质电子所在能级的能量时，光电效应才会发生。
这意味着光子的能量必须大于或等于电子的能级差。
根据光子的能量E和波长λ的关系公式E=hc/λ（其中h为普朗克常数，c为光速），我们可以得到入射光子的能量与波长之间的关系。
由此可见，电子的能级与入射光子的波长呈反比关系，波长越短，光子的能量越高，能够激发高能级的电子跃迁或者使电子被抛出物质的概率越大。
其次，我们再思考一下波长与光子动量之间的关系。
根据德布罗意波动粒子二重性理论，光子也具有波粒二象性，具有动量。
光子的动量p与波长λ之间的关系可以由公式p=h/λ得出。
根据爱因斯坦光电效应方程KE=hf-φ，其中KE为电子的动能，f为光子频率，φ为逸出功。
我们可以发现，电子逸出物质所需的最少能量正好等于光子的能量减去逸出功。
根据光子能量公式E=hc/λ和光子的动量公式p=h/λ，可以得出逸出功φ与光子波长之间的关系（φ∝1/λ）。
也就是说，入射光子的波长越长，逸出功越小，电子逸出物质所需的能量越小。
因此，从这个角度看，电子的能级与入射光子的波长呈正比关系。
最后，我们可以得出光电效应中电子能级与波长的综合关系。
根据波长对电子能级和逸出功的影响，我们可以得知，入射光子的波长对于电子能级的影响是综合各种因素的结果。
当波长较短，频率较高时，光子的能量较大，能够克服较大的逸出功，使电子从较高的能级跃迁或被抛出物质。
而当波长较长，频率较低时，光子的能量较小，只能克服较小的逸出功，只能使电子从较低的能级跃迁或不被抛出。
物质波文档
物质波物质波是一种波动现象，它是在量子力学中描述微观粒子行为的重要概念。
物质波的存在由法国物理学家路易斯·德布罗意在1924年提出的德布罗意假说首次引入。
该假说认为，微观粒子（如电子、中子等）不仅具有粒子性质，还具有波动性质。
这项理论在随后的实验证据中被证实，并成为量子力学的基础之一。
德布罗意假说德布罗意假说是德布罗意在他1924年的博士论文中提出的。
他认为，微观粒子具有波动性质，且其波长由德布罗意波长公式确定：λ = h / p其中，λ表示波长，h表示普朗克常数，p表示粒子的动量。
这个公式表明，粒子的波长与其动量成反比，即动量越大，波长越短。
德布罗意假说的一个重要推论是，粒子的能量也具有波动性质。
能量波长的表达式为：λ = h / E其中，E表示粒子的能量。
根据这个公式，能量越高，波长越短。
实验验证德布罗意的假说并不是凭空提出的，而是经过实验证据的支持。
其中最有名的实验证据是戴维逊-革末尔实验，该实验于1927年进行。
实验使用一束电子束通过一块晶体，在屏幕上形成干涉图样。
这个实验结果清晰地显示出电子具有波动特性，验证了德布罗意的假说。
除了电子，其他微观粒子，如中子、质子等也被发现具有波动性质。
这些实验证据进一步支持了德布罗意的假说，并将其固定在量子力学的基础理论中。
物质波的性质物质波与光波的行为有很多相似之处，但也有一些独特的性质。
以下是一些与物质波相关的性质：波粒二象性物质波既具有粒子性质，又具有波动性质，这种性质被称为波粒二象性。
它意味着微观粒子的行为无法简单地用传统的经典物理学概念来描述，而需要借助量子力学的框架。
干涉和衍射与光波类似，物质波也会表现出干涉和衍射的现象。
干涉是指两个或多个波相遇并叠加产生干涉图样的现象。
衍射是指波通过障碍物或孔径时产生弯曲的现象。
粒子在空间中表现出驻波性质当物质波在空间中来回传播时，会形成驻波，即波节点和波腹的分布。
这个性质与在弦上产生的驻波类似，但在微观尺度上发生。
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04年北京17 04年北京17 年北京 17．氦原子被电离一个核外电子， 17．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构 的氦离子。已知基态的氦离子能量为E 54.4eV， 的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=－54.4eV，氦 离子能级的示意图如图所示。 离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子 中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 （ ） 0 B E
E1 En = 2 ( E1 = −13.6eV ) n
4. 能级图
n ∞
5 4
0 -0.54 -0.85
E/eV
3 2
-1.51
-3.4
能级图
E1 En = 2 ( E1 = −13.6eV ) n
演示
1
-13.6
氢原子能级
几个重要的关系式
（1）能级公式 En=E1/ n2 = -13.6/n2 ( eV)
hc 6.63 ×10 × 3 ×10 λ= = −19 ∆E 12.75 ×1.6 ×10 −7 = 1×10 m
−34
8
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【例5】已知氢原子在基态时电子轨道半径 =0.53× 能量为E 13.6eV。 r1=0.53×10-10 m，能量为E1=-13.6eV。静电力常量为 k=9× 普朗克常量为h=6.63 h=6.63× J·s。 k=9×109N·m2/C2，普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s。 ：（1 电子在基态轨道上运动的动能； 求：（1）电子在基态轨道上运动的动能； （2）氢原子处于第四能级的激发态跃迁到第二能级的 激发态时，辐射的光波的波长是多少？ 激发态时，辐射的光波的波长是多少？
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图示为氢原子的能级图，用光子能 图示为氢原子的能级图， 量为13.07eV 13.07eV的光照射一群处于基态的氢原 量为13.07eV的光照射一群处于基态的氢原 E（eV） 子，可能观测到氢原子n 0 ∞ －0.38 发射的不同波长的 6 5 －0.54 4 － 光有多少种？ 光有多少种？ － 3 0.85 [ ] B 1.51 A. 15 2 － B. 10 3.4 C. 4 D. 1
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例1、玻尔原子模型中所做的假设有 （ A B C
）
A、原子处于定态的能量状态时，虽然电子做加 原子处于定态的能量状态时， 速运动，但并不向外辐射能量。 速运动，但并不向外辐射能量。 B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道 绕核运动相对应， 绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续 的。 C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时， （或吸收）一定频率的光子。 或吸收）一定频率的光子。 D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核 做圆周运动的频率。 做圆周运动的频率。
hγ ′ = E4 − E2 3 E1 E1 h = 2 − 2 = − E1 λ 4 2 16 c
16hc 16 × 6.63 ×10 × 3 ×10 λ= = − 3E1 − 3 × (−13.6) ×1.6 ×10 −19
8
−34
= 4.875 ×10 m
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−7
04年广东1 04年广东1 年广东
三、原子的核式结构模型----卢瑟福原子模型： 原子的核式结构模型----卢瑟福原子模型： ----卢瑟福原子模型 1、实验基础： 实验基础： α粒子散射实验 2、内容： 内容： 原子是由原子核和核外电子组成的， 原子是由原子核和核外电子组成的，原子 核集中了原子的绝大部分质量和全部的正电荷。 核集中了原子的绝大部分质量和全部的正电荷。 电子在原子核外绕原子核作高速旋转。 电子在原子核外绕原子核作高速旋转。 3、与经典理论的矛盾： 与经典理论的矛盾： （1）电子绕核做运动时属于非平衡状态， 电子绕核做运动时属于非平衡状态， 应对外发射能量。 应对外发射能量。 原子光谱是线状谱。 （2）原子光谱是线状谱。
一、电子的发现： 电子的发现： 1、汤姆生在1897年发现电子 汤姆生在1897年发现电子 1897 2、电子的发现说明原子还可以再分， 电子的发现说明原子还可以再分， 原子具有复杂结构。 原子具有复杂结构。 二、人类对原子结构认识的过程： 人类对原子结构认识的过程： 汤姆生的 原子模型 卢瑟福的 原子模型 玻尔的 原子模型
四、玻尔的原子模型： 玻尔的原子模型：
原子 的
主 要
原子 子 的
观 点
子 原子 的 子 子 的 子
hν = E m − E n
五.能级： 能级：
原子各个定态对应的能量是不连续的， 1. 原子各个定态对应的能量是不连续的， 这些能量值叫做能级 能级。 这些能量值叫做能级。 基态和激发态： 2. 基态和激发态： 基态， 能量最低的状态（对应n=1 叫做基态 n=1） 能量最低的状态（对应n=1）叫做基态， 其它状态（对应n=2 n=2、 4……）叫做激发态 激发态。 其它状态（对应n=2、3、4……）叫做激发态。 3. 能级公式
（2）跃迁公式
hγ=E2-E1 =0.53× rn= n2 r1=0.53×10-10 n2 (m)
（3）半径公式
动能跟n （4） 动能跟n 的关系 由 ke2/rn 2=mv 2/rn 得 EKn= 1/2 mvn 2 = ke2／2rn ∝1 / n2
六、光谱和光谱分析 、 光 光谱 光 谱 光谱 光 光 光 光谱 和 光谱和 光谱 光谱分析 光谱 光谱 和 光
解答】 电子绕核做圆周运动所需的向心力由库仑力提供。 【解答】（1）电子绕核做圆周运动所需的向心力由库仑力提供。即
mv 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
r
ke 2 =
1 2 ke 2 9 ×109 × (1.6 ×10 −19 ) 2 EK = mv = = 2 2r1 2 × 0.53 ×10 −10 = 13.6 ×1.6 ×10 −19 J = 13.6eV
E4 − E3 γ= h −19 0.66 ×1.6 × 10 = −34 6.63 × 10
14
n
4 3 2
E（eV） （ ）
－0.85 －1.51 －3.4
1
－13.6
= 1.6 ×10 Hz n = C 2 hν = E − E 4 m n
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例4、氢原子的能级公式可简化为 、 13.6／ 电子伏, n=1、 En=－13.6／n2电子伏,其中 n=1、2、3……。 。 有一群处于基态的氢原子,其中跃迁到n=2 n=2、 有一群处于基态的氢原子,其中跃迁到n=2、3、4 10.2eV 激发态的氢原子吸收能量分别为 ＿＿＿ 12.75eV 。处于这些激发态的氢 12.09eV ，＿＿＿ ，＿＿＿ 原子在跃迁过程中可能发出＿＿种不同频率光, 原子在跃迁过程中可能发出＿＿种不同频率光, ＿＿种不同频率光 6 最短波长等于＿＿＿＿＿ 最短波长等于＿＿＿＿＿ 1.0×10－7米 ×
光谱 光谱分析 光谱
五.
物质波
一类是实物,如：电子、质子 一类是实物, 电子、
1、物质的两大类： 物质的两大类： 一类是场, 一类是场,如：电场、磁场 电场、 2、实物粒子也能产生衍射、干涉现象。 实物粒子也能产生衍射、干涉现象。 3、物质波： 物质波： 一切运动着的物体，小到电子、质子， 一切运动着的物体，小到电子、质子，大 到行星、太阳，都有一种波跟它对应， 到行星、太阳，都有一种波跟它对应，这种波 叫做物质波。（德布罗意波） 。（德布罗意波 叫做物质波。（德布罗意波） 德布罗意公式: 德布罗意公式: λ= h/p=h/mv
13.6eV的绝对值相等 的绝对值相等， 可见基态轨道上运动的动能跟总能量 - 13.6eV的绝对值相等， 而电势能为： EP =E - EK = - 27.2eV其绝对值恰好为动能的2倍 而电势能为： 27.2eV其绝对值恰好为动能的2 其绝对值恰好为动能的
r2
（2）氢原子从第四能级跃迁到第二能级时 据玻尔理论的跃迁假设有： 据玻尔理论的跃迁假设有：
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例2、按照玻尔理论, 氢原子处在量子数为 按照玻尔理论, n=2和n=3的定态时,其相应的原子能量的绝 n=2和n=3的定态时, 的定态时 对值之比E2:E3=______ 9︰4
E1 En = 2 ( E1 = −13.6eV ) n
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例3、如图给出氢原子最低的四个能级，大量氢 如图给出氢原子最低的四个能级， 原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最 6 多有＿＿ ＿＿种 其中最小的频率等于＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿赫 多有＿＿种，其中最小的频率等于＿＿＿＿＿赫 1.6× 1.6×1014 保留两位有效数字）。 =6.63× （保留两位有效数字）。h=6.63×10–34J·S
5
A．40.8eV B．43.2ev C．51.0eV D．54.4eV
E4 E3 E2
-3.4eV -6.0eV -13.6eV
E1
-54.4eV
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03年江苏高考 ． 原子从一个能级跃迁到一个较低 年江苏高考9 年江苏高考 的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下， 的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下， 铬原子的n=2能级上的电子跃迁到 能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不 铬原子的 能级上的电子跃迁到 能级上时并不 发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电 发射光子 ， 而是将相应的能量转交给 能级上的电 使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应， 子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这 种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子， 种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子 A 式中n=1，2， 的能级公式可简化表示为 E N = − 2 , 式中 ， ， n 3……表示不同能级 ， A是正的已知常数 ， 上述俄歇 表示不同能级， 是正的已知常数 是正的已知常数， 表示不同能级 电子的动能是 （ C ） A．3A/16 B．7A/16 ． ． C．11A/16 D．13A/16 ． ． 跃迁到n=1 能级时放出能量为 E0=3A/4 解： n=2跃迁到 跃迁到 处于n=4能级的电子吸收能量为 处于 能级的电子吸收能量为A/16可以电离 可以电离 能级的电子吸收能量为 （ ） ∴EK= 3A/4 +（-A/16）= +11A/16