人教版高二物理选修3-5 原子物理 知识归纳

（2）德布罗意波波长计算方法为： h ；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。 p
2
（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 G P 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。
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：
xp
h 4
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。
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
R
1 32
1 n2
, n
4,5,6，...
布喇开系（在红外区域）：
1
R
1 42
1 n2
, n
5,6，7... 普丰德系（在红外远区）：
1
R
1 52
1 n2
, n
6,7,8,...
（3）综上可得一个统一公式：
1
R
1 m2
1 n2
, m
1,2,3,...
n m 1, m 2, m 3,...
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。
3
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。
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： 11H
，
2 1
H
，
3 1
H
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：
5
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
4 2
He
粒子流）；
射线（高速电子
0 1
e
流）；
射线（光子流）
射线
射线
射线
电荷量
2.原子的半径数量级为10-10 m ；原子核的半径数量级为10-15 m
3.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：
A Z
X
(如铀
235，
U 235
92
)
四． 散射实验中的受力核能量转化问题：
（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。
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。
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 2 ~ 3kV 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。
1.
粒子守库仑力作用：
F
kQq r2
（ 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。
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： h Em En 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。
（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）
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； h 6.631034 J .s 称为普朗克常量）
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： e 1.602 1019 C 电子电量： m 9.109 1031 kg 电子比荷： e 1.7588 1011C/kg m
电子电荷量由密里根通过油滴实验测得 测量依据是： Eq mg
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 01n
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。
①
A Z
X
Y A4
Z 2
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：
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 Cn2 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 Cn1 种不同频率的光
③放出的光子的能量为： E放 h Em En
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。
c .光电子的最大初动能为 Ek ，就某个光电子而言，其动能介于 0 ~ Ek 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。
2e e
0
三．原子核的组成
贯穿能力 弱 较强 很强
电离能力 强 较弱 很弱
速度 0.1 倍光速 0.99 倍光速
光速
在电磁场中 偏转
反向偏转 不偏转
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 11H 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。
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 En
E1 n2
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： E吸 h Em En （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： E吸 h Em En （实物粒子能量大于等于其能量差即可）
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
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 E
mc 2
，即 m
E c2
。再根据光子说可知 E
h
。则光子的动量为：
p
mc
E c2
wenku.baidu.com
c
h c
。波长和频率关系为：
c
。综上可得：
p
h
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.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：
1
R
1 22
1 n2
, n
3,4,5,...
R 1.10 107 m1
（2）在不同谱线区域：
4
莱曼系（在紫外区域）：
1
R
1 12
1 n2
, n
2，3,4,5,... 帕邢系（在近红外区域）：
h 0 W0 ——逸出功绝对截止频率，只与金属本身有关
I q 光电子个数 ——光强决定光电子个数，进而影响光电流
t
t
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。 Ek h W0 ，其中包含了光电效应能发生的条件。
1
b .光电效应的相关物理量： （入射光频率）、W0 （金属逸出功）、 Ek （光电子最大初动能）、U c （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）： Ek h W0 ——爱因斯坦光电效应方程
eU c Ek h W0 ——遏止电压，让光电子减速到停