光学、原子物理和天体物理知识点复习
【光学、原子物理和天体物理知识点复习】
一、电磁场与电磁波
1. 电磁场
麦克斯韦电磁场理论要点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。
2. 电磁波
（1）变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。（2）电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。电磁波的传播不需要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0×108 m/s。
3. 电磁波谱
波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。
二、光的干涉与衍射
1. 光的干涉
（1）杨氏双缝干涉实验
1801年英国物理学家托马斯·杨通过实验成功地观察到了光的干涉现象。
A、装置及原理：产生光的干涉的条件是两列光的频率相同，
而常见的光源上同一时刻不同地方发出的两列光频率不相同，
即使在同一地方不同时刻发出的两列光也不满足频率相同。而
同一地方同一时刻发出的光，分开后满足频率相同，杨氏双缝
干涉实验就是根据这一原理实现光的干涉的。
B、条纹特点：
同一装置：单色光是平行等间距的，即相邻的两条亮条纹的距离相等，相邻的两条暗条纹的距离相等也等于两条亮条纹的距离。红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小，即频率越大条纹间距越小。
白光干涉条纹特点是中央亮条纹的中间部分是白色的两边出现彩色，最边缘是红色。
同一种光不同装置，光屏距离双缝的距离越大，条纹越宽；双缝间距越小，条纹越宽。
光源单缝
双缝
（2）．薄膜干涉
A 、薄膜干涉现象：
B 、应用：
a. 用干涉法检查表面: 薄膜的夹角越小条纹越宽
b. 增透膜：
2．光的衍射
凡是波皆能发生衍射。
能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或小孔的尺寸小于或接近波的波长。 （1）单缝衍射 a. 条纹特点
同一装置：单色光衍射条纹是平行的但不等距，中央亮条纹的宽度大约是边缘的两倍。
红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小，即频率越大条纹间距越小。白光干涉条纹特点是中央亮条纹的中间部分是白色的两边出现彩色，最边缘是红色。
注意：在双缝干涉中，若遮住一个缝，则在光屏上出现单缝衍射条纹。若在两个缝
分别通过不同频率的光，则在光屏上只有一片亮光。
b. 双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的区别:
（2）小孔衍射与圆盘衍射
小孔衍射： 孔径较大时，在光屏上得到与孔形状相同的光斑，孔径较小时在光屏上获得与光源相似的倒立的光斑（小孔成像），孔径再小，在光屏上获得小孔衍射条纹。
圆盘衍射： 1818年世纪法国物理学家菲涅耳利用波动理论对光的衍射作了数学分析，而数学家泊松根据这一理论推算出在不透明圆盘背后的阴影中心应该出现一个亮斑，似乎十分荒谬，企图驳倒菲涅耳，后菲涅耳接受挑战，精心研究，最后经实验证明了圆盘背后的阴影中心确实有这样一个亮斑。微粒说无法解释这种奇特现象，而波动说却能作出完满的解释。后称这样个亮斑为泊松亮斑。 3．光电效应
（1）光电效应现象：
在光的照射下，物质（金属）表面逸出电子的现象叫光电效应。
光电子：在光的照射下，物质（金属）表面逸出的电子叫光电子。
（2）从实验中总结出来的光电效应的四条规律：
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，才能产生光电效应；
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大； ③入射光频率大于极限频率时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数与入射光的强度成正比；
④入射光照在金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s 。 注：光强的概念：在光电效应中，“光强”是指单位时间入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，若单位时间入射到金属表面上单位面积的光子数为n ，每个光子的能量是h
υ，
小孔衍射
圆盘衍射
则光强为nh υ。 （3）光子说
1905年爱因斯坦在德国物理学家普朗克研究电磁辐射规律的基础上，提出光也是不连续的，而是一份一份的，每一份光叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即νh E =。光子说很好地解释了光电效应。
注意：光子和光电子（光电效应发射出来的电子）是完全不同的粒子。
（4）爱因斯坦光电效应方程：=-2
12m mv h W ν
其中:
212
m mv 是光电子的最大初动能，W 为逸出功, =0W h ν, 0ν为极限频率。
4．光的波粒二象性
(1) 光的微粒说与波动说：
到十七世纪，人们对光的本性问题形成两种学说，一种是牛顿主张的微粒说，另一种是惠更斯提出的波动说。
a. 牛顿的微粒说：认为光是一种从光源发出的物质微粒，能够解释光的直线传播，但不能解释光在两种介质分界面上同时发生反射与折射。
b. 惠更斯的波动说：认为光是一种从光源发出的机械波，能够解释光在两种介质分界面上同时发生反射与折射，不能解释光的直线传播，以及光在真空中传播。 (2) 光的电磁说与光子说：
19世纪60年代英国物理学家麦克斯韦提出光是一种电磁波，即光的电磁说。
1905年爱因斯坦提出光子说 (3) 光的波粒二象性：
光既有波动性，又有粒子性，所以光具有波粒二象性。
光的波粒二象性的正确理解：大量光子的集体行为往往表现波动性，并且频率越低，波动性越明显；个别光子的行为往往表现出粒子性，并且频率越高，粒子性越明显。还应明确，光波是一种几率波，不同于宏观概念的波，光子是微观概念的粒子，不是宏观概念的微粒。在理解波粒二象性时，切不可将微观概念与宏观概念完全等同。
三、原子和原子核 1. 电子的发现
1897年英国科学家汤姆生在对阴极射线进行一系列的实验后，确认阴极射线是带负电的
粒子，并测出了它的荷质比
e m ，他还发现不同物质组成的阴极都有相同的e
m
值。这表明不同物质都能发射这种粒子，它是构成各种物质的共有成分，后来被称为电子。 2．卢瑟福α粒子散射实验
1909年到1911年，在英国物理学家卢瑟福指导下，他的合作者们做了用α粒子轰击金箔的实验，发现绝大多数α粒子仍沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过了900，个别的甚至几乎达到1800。α粒子十分接近原子核时才有大角度偏转。
3. 卢瑟福的原子核式结构模型：
在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。
原子半径大约是10-10m ，核的大小约为10-15～10-14m ，假如把原子核比作一个乒乓球，那么整个原子就有一个足球场大；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，最小的原子核是氢原子核，其质量是核外电子质量的1840倍；电子绕核高速旋转，就如太阳系中行星绕着太阳运转一样。电子做圆周运动所需要的向心力是原子核对电子的库仑力。
根据原子的核式结构学说，α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向基本不变.只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转，产生散射.根据α粒子散射实验的数据可估计出原子核大小的数量级为10-14～10-15m ，原子直径的数量级约为10-10m ，可见整个原子是十分“空旷”的.
4．天然放射性
1896年法国物理学家贝克勒耳发现，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，它能穿透黑纸使里面的相底片感光。物质发射这种射线的性质，叫做放射性；具有放射性的元素，叫做放射性元素。原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性。这种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象
（1）放射性物质进行天然衰变时放射出的α、β、γ三种射线，它们的本质和性质如表下所示。
在电场作用下射线分成三束。
（2）三种射线的来源：
它们都来源于原子核内，α射线来源于原子核的分裂，β射线来源于原子核的中子转化成质子时放出的电子，γ射线来源于产生的新的原子核。 放射性元素的α衰变和β衰变及其
（3）衰变: 原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。各种粒子的符号：
α粒子—42He β粒子（电子）—-01e 质子—1
1H
中子—10n 正电子—01
e 氘核—21H （4）衰变方程
原子核的衰变满足：①电荷守恒；②质量数守恒；③能量守恒。
在α衰变中，其核反应方程是：--→+44
22A A Z Z X Y He ；
在β衰变中，其核反应式是:+-→
+0
1
1A A
Z Z X Y e .
（5）半衰期（T ）：
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期。不同的放射性元素有不同的半衰期，甚至差别很大。半衰期的大小是由原子核内部因素决定的，与原子核存在的状态及外界条件无关。
设N 0为衰变前的原子核数，N 为衰变后的原子核数，T 为半衰期，t 为衰变时间，则 N ＝N 0（1/2）
??
? ??T t
5．质子的发现
1919年卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。 （1）发现质子的实验装置。先抽去C 内空气调节铝（银）箔F 的厚度使α粒子正好穿不过，再通入氮气，从荧光屏S 上看到闪光点，那是α粒子击中氮核后产生的质子透过铝箔引起的。
（2）意义：不仅发现了质子，而且在世界上第一次实现了原子核的人工转变。
（3）发现质子的核反应方程为：147N ＋42
He →
178O ＋1
1H 。
6．中子的发现
1930年发现，用α射线轰击铍（Be ）产生一种射线（速度不到10
c ，贯穿本领极强，能
穿透几厘米的铅）。1932年英国物理学家查德威克仔细研究了这种射线，它不带电，质量与氢核差不多，取名中子。
（1）发现中子的实验装置，不可见粒子为中子。 （2）发现中子的核反应方程：
+→+94121
4260Be He C n
*7．正电子的发现
1932年美国科学家安德逊发现正电子。
1934年约里奥﹒居里和伊丽芙﹒居里夫妇用α粒子轰击铝箔时除了得到预料中的中子外还
探测到正电子，这是由于30
15P 有放射性，象天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电
子。
+→+→+27
4301
30
300
13
215015
141,
Al He P n P Si e
8. 原子核的组成
原子核是由中子和质子组成，质子和中子统称为核子。原子核内的核子间存在强大的核力。
X A
Z
：Z ——质子数；N ——中子数；A ——核子数（A=Z+N ）。
9. 重核裂变、链式反应
A 、核能：原子核发生变化时释放的能量。
B 、重核裂变：重核受到其它粒子（如中子）轰击时裂变成两块质量较轻的核，同时还可能放出几个中子。重核在发生裂变时会释放出2~3个中子，并伴有巨大能量放出（包括裂块和中子的动能、γ辐射的能量等）。因此，重核裂变是获得原子核能的一个重要途径。
C 、链式反应：重核裂变释放出的中子引起其它核的裂变，可以使裂变不断进行下去。 有何产生链式反应的条件：①铀的体积超过了临界体积；②中子的“再生率”大于1。 10. 核能的应用
α粒
子
A、核能在能源、军事、生命科学等领域的应用
军事：原子弹等核武器具有很强的杀伤作用（冲击波、光热辐射、贯穿辐射和放射性污染）。推进火箭、飞机、潜艇、水面舰艇等
能源：利用原子核能作为能源。发电
生命科学：淡化海水等
B、核反应堆、核电站的基本构成
核反应堆：用人工方法控制核裂变链式反应并获得核能的装置，也叫反应堆。
核电站：利用原子核裂变放出的核能来发电的发电厂。基本构成——反应堆（核燃料芯块、燃料包壳、压力壳和安全壳）、汽轮机、发电机。
C、核能转化为电能：核电是安全、经济、干净的能源
D、我国核工业的发展和我国的核政策
已建成：浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、岭澳核电站、江苏田湾核电站
四、宇宙的结构和宇宙演化
1、宇宙的基本结构（所有的空间及其中的万物定义为宇宙，亿光年以上的结构称为宇宙的大尺度结构）
（1）地球和月亮：地球是一颗直径为12756km、质量为6.0?1024kg的行星，以30km/s的平均速度绕太阳公转；月球的平均直径为3475km，质量约为地球的1/81，
绕地球公转，是地球的卫星。月亮的存在对地球产生了许多影响，比如潮汐
现象。
（2）太阳和行星：太阳是一颗自己能发光发热的气态星球，直径约为1.4?106km，总质量约为2?1030kg；各个行星几乎在一个平面内绕太阳公转，距离太阳越近的行
星公转速度越大，内行星（水星、金星、地球、火星）外壳是由坚硬的岩石
构成、核心是铁等金属，外行星（木星、土星、天王星、海王星）是气态行
星没有坚固的外壳。
（3）银河系和河外星系：星系是由宇宙中一大群恒星、大量气体和尘埃组成的物质系统，银河系以外的星系统称为河外星系。星系的形状大致可分为：漩涡星系、
椭圆星系和不规则星系。
2、恒星的演化
恒星的分类：超巨星、巨星、中型星、白矮星和中子星
恒星的物质组成：氢、氦及少量的其他元素；
恒星演化的主要阶段：诞生期、存在期和死亡期
大量气体和尘埃在引力作用下聚合，星云在引力作用下不断收缩，形成原恒星，原恒星继续收缩，引力势能转变为内能，内部温度不断上升，引发了核反应——恒星诞生；
一颗恒星的寿命取决于它的质量，质量大的恒星可燃烧的核燃料较多，但每秒放射出的能量也比较多，因此寿命反而比较短，恒星的燃料耗尽，核心就不再释放能量并开始收缩，而其外层部分开始膨胀，成为一颗红色的巨型或超巨型。
小型或中型恒星，在其外层膨胀、变成红色的巨星之后，外层部分最终会飘流进太空，被遗留下来的蓝白色的恒星内核就变成了白矮星，当白矮星不再发出光芒时，就成为一颗完全死寂的黑矮星。
如果巨星或超巨星突然发生爆炸，形成超新星，外层物质会继续扩散到太空中，成为星云的组成部分，而后这些星云会紧缩成为一颗新的恒星。
由于爆炸的反作用力，超新星中心的物质被进一步压缩，电子陷到原子核内部，与质子结合成中子，最终成为中子星。
【基础练习】
1. 英国物理学家建立了完整的电磁场理论，并预言了的存在。他还从
理论研究中发现：在真空中电磁波的传播速度跟光速相等，是m/s。后来德国物理学家通过实验证明了该理论的正确，并测出其传播速度等于光速。
2. 关于电磁场理论，下面几种说法中正确的是（）
A. 在电场的周围一定产生变化的磁场
B. 在变化的电场周围一定产生变化的磁场
C. 在变化的电场周围一定产生磁场
D. 在振荡的电场周围一定产生振荡的磁场
3. 波长为1埃的电磁波频率是Hz，波长为1m的电磁波频率是Hz。
4. 光的干涉和衍射现象说明光具有_________性，光电效应现象说明光具有__________性。
5. 肥皂泡膜在太阳光下显示彩色是由于光的( )
A.色散
B.干涉
C.衍射
D.全反射
6. 下面几种光学现象中，属于光的衍射现象的是( )
A. 浮在水面上的薄油层在太阳光的照射下，呈现各种不同颜色
B. 将两块平玻璃片紧紧捏在一起，会从玻璃片面上看到许多彩色花纹
C. 通过并在一起的两根铅笔间的狭缝，去看远处与缝平行的线状白炽灯灯丝，会看到许
多彩色彩纹
D. 太阳光通过玻璃三棱镜后形成彩色光带
7. 在水面的油膜上常常看到彩色花纹，这是光的( )
A.干涉现象
B.衍射现象
C.全反射现象
D.色散现象
8. 在下面几种有关光的现象中，属于光的干涉的是( )
A.在水面的油膜上看到彩色花纹
B.通过游标卡尺两测脚间的狭缝，观看与狭缝平行的线光源时，看到彩色条纹
C.利用分光镜进行光谱分析
D.白光通过双缝后，在光屏上出现彩色条纹
9. 证明具有波动性的实验现象有( )
A.光的干涉
B.光的衍射
C.白光通过三棱镜发生色散
D.光电效应
10. 在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线三个波段的频率大小关系是( )
A.红外线的频率最大，可见光的频率最小
B.伦琴射线频率最大，红外线的频率最小
C.可见光的频率最大，红外线的频率最小
D.伦琴射线频率最大，可见光的频率最小
11. 光子的能量是由光的__________决定的，可见光中光子能量最大的是________色光。
12. 在光电效应实验中，为了增大从锌板发射的光电子的最大初动能，可以增大入射光的
___________。
13. 任何金属要产生光电效应，都要求入射光的频率必须____________这种金属的极限频率。
14. 在光电效应现象中，每种金属的极限频率γ0都对应一定的波长λ0，要产生光电效应，由真空中射到金属上光的波长λ必须_______λ0。(填“大于”、“等于”或“小于”)
15. 真空中波长为3.0×10-7m的紫外线的频率是_______Hz，这种紫外线的光子打到金属钠的表面时__________发生光电效应(填“能”或“不能”)。已知钠的极限频率是6.0×1014Hz。
16. 频率为5.0×1014Hz的黄光，它在真空中的波长λ0=___________m。
17. 在真空中波长是0.3×10-6m的紫外线，它的频率是________Hz。这种紫外线光子的能量是________J。(普朗克恒量取6.6×10-34J·s)
18. 关于光的本性，以下说法中正确的是( )
A.光既具有波动性，又具有粒子性
B.光的波长越大，光子的能量越大
C.光的颜色与光的频率无关
D.某些物体是不辐射红外线的
19. 某气象雷达发出的电磁波，频率是2.0×109Hz，它在真空中的波长是( )
A. 6.0×1017m
B. 0.15m
C. 6.7m
D. 2.3×109m
20. 下列几种光学现象中，属于光的干涉现象的是( )
A.太阳光通过玻璃三棱镜后形成彩色光带
B.雨后天空中出现彩虹
C.水面上的薄油层，在阳光照射下呈现彩色花纹
D.白光通过单狭缝后在屏上出现彩色条纹
21. 频率为500Hz的声音在水中传播时的波长为 2.9m，由此可知，水中的声速等于_______m/s。
22. 下雨后，在停过汽车的沥青路面上，油膜常出现彩色，这是光的( )
A.反射现象
B.折射现象
C.干涉现象
D.全反射现象
23. 在光电效应实验中，为了增大从锌板发射的光电子的最大初动能，可以采取的措施有( )
A.减小入射光的频率
B.增大入射光的频率
C.减小入射光的波长
D.增大入射光的波长
24. 电磁波在真空中传播的速度是3.00×108m/s，有一个广播电台的频率为90.0MHz，这个台发射的电磁波的波长为( )
A. 2.70m
B.3.00m
C. 3.33m
D. 270m
25. 在电磁波谱中，红外线、可见光和紫外线三个波段的频率大小关系是( )
A. 红外线的频率最大，可见光的频率最小
B. 紫外线的频率最大，红外线的频率最小
C. 可见光的频率最大，红外线的频率最小
D.紫外线的频率最大，可见光的频率最小 26. 关于光电效应，下列说法中正确的是 ( ) A.光电效应说明光具有粒子性 B.光电效应说明光不具有位子性
C.当红光照射某种材料发生光电效应时，紫光一定能使这种材料发生光电效应
D.当紫光刚好使某种材料发生光电效应时，红光也能使这种材料发生光电效应
27. 在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线三个波段的波长大小关系是 ( ) A. 红外线的波长大于可见光的波长 B. 伦琴射线的波长大于可见的波长 C. 红外线的波长小于可见光的波长 D. 伦琴射线的波长小于红外线的波长
28. 光的干涉和衍射现象说明光具有____________性；光电效应说明光具有_________性。
29. 下面哪种光能使锌板产生光电效应 ( )
A. 红外线
B. 紫外线 D. 黄光 D. 蓝光
30．如图所示，ｘ表示原子核，α粒子射向ｘ时被散射而偏转，其偏转轨道可能是图中的(α粒子入
射动能相同)( )
31．关于α粒了散射实验，下列说法中正确的是 ( ) Ａ．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了大角度的偏转 Ｂ．α粒子在接近原子核的过程中，动能减小，电势能减小 Ｃ．α粒子在离开原子核的过程中，加速度逐渐减小
Ｄ．对α粒了散射实验的数据分析，可以估算出原子核的大小
32．天然放射性元素２３２ ９０ Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成２０８
８２ Pb (铅)，下列论断中正确的是 ( ) A ．铅核比钍核少24个中子 B ．铅核比钍核少8个质子
C ．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变
D ．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变
33．氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天，20克氡222经7.6天后还剩下( ) A ．10克 B ．5克 C ．2.5克 D ．1.25
34．如图所示，ａ为未知的天然放射源，ｂ为一张黑纸，ｃ为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，ｄ为荧光屏，ｅ为固定不动的显微
镜筒．整个装置放在真空中．实验时，如果将电场Ｅ撤去，从显
微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将
黑纸ｂ移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a 发出的射线为 ( )
Ａ．β射线和γ射线 Ｂ．α射线和β射线 Ｃ．α射线和γ射线 Ｄ．α射线和Ｘ射线
a
+
b
c
d e
35．用中子轰击铝27，产生钠24和ｘ粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则ｘ粒子和钠的衰变过程分别是 ( )
Ａ．质子、α衰变 Ｂ．电子、α衰变 Ｃ．α粒子、β衰变 Ｄ．正电子、β衰变
36．完成下列核反应方程
(1)+→+1441______721N He H ； (2)+→9412426
Be He C ＋ ； (3) +→+1411
_______701N n H ； (4) 3030_________1514P Si →+。
37．目前，关于人类利用核能发电，下列说法中正确的是 ( ) A ．核能发电对环境的污染比火力发电要小 B ．核能发电对环境的污染比火力发电要大 C ．还只是利用重核裂变释放出大量能量
D ．既有重核裂变、又有轻核聚变释放大量能量 38．重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方法，下面关于它们的说法中正确的是 ( ) A ．裂变和聚变过程都有质量亏损
B ．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加
C ．裂变过程质量有所增加，聚变过程有质量亏损
D ．裂变和聚变过程质量都有所增加
39.下列说法正确的是 ( )
A 、铀235只要俘获中子就能进行链式反应
B 、所有的重核核俘获中子后都能裂变
C 、轻核结合成质量较大的核叫聚变
D 、聚变反应又叫热核反应
40．下列核反应方程式中表示核聚变过程的是 ( )
A ．??→+30
30
14151P Si e B ． +??→+4
23
12110H H He n C ．-??→+14
14
0761C N e D ．
??→+234
238
49092
2U Hh He
41．中子比质子更容易击中原子核的原因是 ( )
A ．中子体积较小
B ．中子速度较大
C ．中子能量较大
D ．中子不带电荷
42．太阳辐射能量主要来自太阳内部的 ( )
A ．化学反应
B ．放射性衰变
C ．裂变反应
D ．热核反应
43．一个正电子和一个负电子相遇发生湮灭而转化为一对光子．这一过程反应式为__________，已知正、负电子的质量为m 。，相遇前的动能可忽略不计，光在真空中的传播速度为c ，普朗克恒量为h ，则转化成的光子的波长λ＝ 。
44．在α粒子散射实验中测得,α粒子与金原子核对心运动时,α粒子所能达到的最近距离约
是2×10－14米. 已知金的原子量为197 u (1u=1.7×10－
27千克)，由此估算一下金原子核的密度是多大?
原子物理知识点总结
原子物理 一、波粒二象性 1、热辐射：一切物体均在向外辐射电磁波.这种辐射与温度有关。故叫热辐射. 特点：1）物体所辐射的电磁波的波长分布情况随温度的不同而不同；即同时辐射各种波长的电磁波,但某些波长的电磁波辐射强度较强，某些较弱,分布情况与温 度有关。 2)温度一定时，不同物体所辐射的光谱成分不同。 2、黑体：一切物体在热辐射同时,还会吸收并反射一部分外界的电磁波。若某种物体，在热辐射的同时能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体叫做黑体(或绝对黑体)。在自然界中，绝对黑体实际是并不存在的，但有些物体可近似看成黑体，例如，空腔壁上的小孔. 热辐射特点吸收反射特点 一般物体辐射电磁波的情况与温度，材 料种类及表面状况有关既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关 黑体辐射电磁波的强度按波长的 分布只与黑体温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射 黑体辐射的实验规律： 1)温度一定时，黑体辐射的强度，随波长分布有一个极大值。 2）温度升高时，各种波长的辐射强度均增加。 3）温度升高时，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 4、能量子：上述图像在用经典物理学解释时与该图像存在严重的不符（维恩、瑞利的解释)。普朗克认为能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．ν εh =) 10 63 .6 (34叫普朗克常量 s J h? ? =-.由量子理论得出的结果与黑体的辐射强度图像吻合的非常完美，这印证了该理论的正确性.
5光电效应：在光的照射下，金属中的电子从金属表面逸出的现象.发射出来的电子叫光电子。光电效应由赫兹首先发现。 爱因斯坦指出： ① 光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份能量子叫做一个光子．光子的能量为 ε＝h ν，其中h=6。63×10－34 J ·s 叫普朗克常量，ν是光的频率; ② 当光照射到金属表面上时，一个光子会被一个电子吸收,吸收的过程是瞬间的（不超过10-9 s ).电子在吸收光子之后，其能量变大并向金属外逃逸，从而产生光电效应现象； ③ 一个电子只能吸收一个光子，不会有一个电子连续吸收多个光子的情况,该过程需要克服金属内部原子束缚做功（逸出功W 0，其大小与金属材料有关），然后才有可能从金属表面飞出。因此在只有当一个光子能量较大时，电子才会将其吸收并从金属内部飞出,否则电子无法克服原子束缚从金属中逸出。由能量守恒可得光电效应方程： 0W h E k -=ν ④ 决定能否发生光电现象的决定因素是极限频率而不是光的强度。光的强度只会影响从金属中逸出的电子数目。能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(极限频率）．截止频率的大小与金属种类有关。光的强度：单位时间内垂直照射到金属表面单位面积上入射光中光子总数目. 若ν≥c ν，无论光照强度如何也会有光电效应现象产生 若ν＜c ν，则无论怎样增加光照强度,也不会有光电效应产生 知识拓展之光电管的伏安特性曲线:在光照条件不变时,若正向电压升高,则电路中的光电流会随之变大，当正向电压调到某值后电路中的电流不再增加，该电流叫饱和电流。饱和电流大小反映了入射光的强度(光子数目）。在光照条件不变时，若反向电压升高，则电路中的光电流会随之变小，当反向电压达到某值后，电路中的电流变为零,这个电压叫遏止电压。遏止电压只与入射光频率有关. e W e h U c 0 -=ν0(W h E k -=ν由） 得出和00W h eU E eU c k c -=-=-ν
光学 原子物理
光学原子物理 一、基本概念 （一）光的干涉 条件：频率相同, 振动方向相同，相位差恒定。 现象：两个相干光源发出的光在相遇的空间相互叠加时，形成明暗相间的条纹。1．双缝干涉相干光源的获取：采用“分光”的透射法。 当这两列光源到达某点的路程差： Δγ＝kλ(k=0,1,2……)出现亮条纹 Δγ＝（2k＋１）λ／2 (k=0,1,2……)暗条纹 条纹间距Δx=(L/d) λ（明纹和暗纹间距） ·用单色光作光源，产生的干涉条纹是等间距； ·用白光作光源，产生彩色干涉条纹，中央为白色条纹； 2．薄膜干涉：相干光源的获取，采用“分光”的反射法 由薄膜的前后两个表面反射后产生的两列相干光波叠加形成的干涉现象： ·入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹 ·入射光是白光，可形成彩色干涉条纹。 3．光的干涉在技术上的应用 （1）用干涉法检查平面（等间距的平行线） （2）透镜和棱镜表面的增透膜，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4 （二）光的衍射 光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象为称光的衍射现象。
*产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于光波波长或和光波波长差不多。 *现象：（１）泊松亮斑（２）单缝衍射 ·单色光通过单缝时，形成中间宽且亮的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且条纹宽度比中间窄； ·白光通过单缝时，形成中间宽的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹。 （三）光的电磁说 １．电磁波谱 a．将无线电波，红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线按频率由小到大（或波长从长到短）的顺序排列起来，组成电磁波谱； b．·无线电波是LC振荡电路中自由电子周期性运动产生 ·红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受激发后产生； ·伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生； ·γ射线是原子核受到激发后产生。 ２．光谱与光谱分析 光 谱 *由于每种元素都有自己的特征谱线，明线光谱或吸收光谱都含有这些特征谱线，故可根据明线光谱或吸收光谱分析，鉴别物质或确定它的化学组成。
5052高一物理光学原子物理测试题
《光学、原子物理》测试题 一、选择题 1、某介质的折射率为2，一束光从介质射向空气，入射角为60°，如图1所示的哪个光路图是正确的? 图1 2.如图2所示是光电管使用的原理图.当频率为ｖ ０的可见光照射到阴极Ｋ上时，电流表中有电流通过，则（） 图2 （Ａ）若将滑动触头Ｐ移到Ａ端时，电流表中一定没有电流通过 （Ｂ）若将滑动触头Ｐ逐渐由图示位置移向Ｂ端时，电流表示数一定增大 （Ｃ）若用紫外线照射阴极Ｋ时，电流表中一定有电流通过 （Ｄ）若用红外线照射阴极Ｋ时，电流表中一定有电流通过 3、物体从位于凸透镜前3f处逐渐沿主轴向透镜靠近到1.5f处的过程中，像和物体的距离将( ) (A)逐渐变小； (B)逐渐变大； (C)先逐渐增大后逐渐变小； (D)先逐渐变小后逐渐变大. 4.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图3所示，它曾由 航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际空间站中，主要使 命之一是探索宇宙中的反物质.所谓的反物质即质量与正粒子 相等，带电量与正粒子相等但相反，例如反质子即为，假 若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过 ＯＯ'进入匀强磁场Ｂ２而形成的4条径迹，则( ) 图3
(Ａ)1、2是反粒子径迹 (Ｂ)3、4为反粒子径迹 (Ｃ)2为反α粒子径迹 (Ｄ)4为反α粒子径迹 5、某原子核A 先进行一次β衰变变成原子核B ，再进行一次α衰变变成原子核C ，则： (A)核C 的质子数比核A 的质子数少2 (B)核A 的质量数减核C 的质量数等于3 (C)核A 的中子数减核C 的中子数等于3 (D)核A 的中子数减核C 的中子数等于5 6、在玻尔的原子模型中,比较氢原子所处的量子数n =1及n =2的两个状态,若用E 表示氢原子的能量,r 表示氢原子核外电子的轨道半径,则: (A) E 2>E 1,r 2>r 1 (B) E 2>E 1,r 2 原子物理知识点总结全 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 原 子 物 理 一、卢瑟福的原子模型——核式结构 1.1897年,_________发现了电子.他还提出了原子的______________模型. 2.物理学家________用___粒子轰击金箔的实验叫__________________。 3.实验结果: 绝大部分α粒子穿过金箔后________;少数α粒子发生了较大的偏转; 极少数的α粒子甚至被____. 4.实验的启示：绝大多数α粒子直线穿过，说明原子内部存在很大的空隙； 少数α粒子较大偏转，说明原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷； 极个别α粒子反弹，说明个别粒子正对着质量比α粒子大很多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用． 5.原子的核式结构: 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：在原子中心有一个很小的核，叫________， 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 例1:在α粒子散射实验中,卢瑟福用α粒子轰击金箔,下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果: A.α粒子穿过金箔时都不改变运动方向 B.极少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转,有的甚至被反弹 C.绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 D.α粒子穿过金箔时都有较大的偏转. 例2:根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图1-1所示表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a 运动到b 、再运动到c 的过程中（α 粒子在b 点时距原子核最近），下列判断正确的是（ ） A ．α粒子的动能先增大后减小 B ．α粒子的电势能先增大后减小 C ．α粒子的加速度先变小后变大 D ．电场力对α粒子先做正功后做负功 二 玻尔的原子模型 能级 1．玻尔提出假说的背景——原子的核式结构学说与经典物理学的矛盾： ⑴按经典物理学理论，核外电子绕核运动时，要不断地辐射电磁波，电子能量减小，其轨道半径将不断减小，最终落于原子核上，即核式结构将是不稳定的，而事实上是稳定的． ⑵电子绕核运动时辐射出的电磁波的频率应等于电子绕核运动的频率，由于电子轨道半径不断减小，发射出的电磁波的频率应是连续变化的，而事实上，原子辐射的电磁波的频率只是某些特定值。 为解决原子的核式结构模型与经典电磁理论之间的矛盾，玻尔提出了三点假设，后人称之为玻尔模型． 2．玻尔模型的主要内容： ⑴定态假说：原子只能处于一系列__________的能量状态中，在这些状态中原子是_______的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量．这些状态叫做________． ⑵ 跃迁假说：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，光子的能量由这两定态的能量差决定，即________________. ⑶轨道假说：原子的不同能量状态对应于______子的不同轨道.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 3．氢原子的能级公式和轨道公式 原子各定态的能量值叫做原子的能级，对于氢原子，其能级公式为:______________； 对应的轨道公式为：12r n r n 。其中n 称为量子数，只能取正整数.E 1=-13.6eV ，r 1=0.53×10-10m ． 原子的最低能量状态称为_______，对应电子在离核最近的轨道上运动； 图1-1 a b c 原子核 α粒子 光学、热学、原子物理实验大全 几何光学 1 光的直线传播 光的反射和平面镜成像 1、镜面反射、漫反射 实验仪器：光具盘(J2501)、电源 教师操作：将圆形光盘卡紧在矩形光盘上，分别将平面镜、漫反射镜片用指旋螺钉紧固在圆形光盘上，旋转圆形光盘，使镜面与入射光线成一定角度，观察反射光线。 2、平面镜成像 实验仪器：平面玻璃、蜡烛两只(完全相同)、火柴、大白纸一张(8开或更大一些)、直角三角板、铅笔 教师操作：在白纸中央用直尺画一条直线，然后平放在水平桌面上，在直线的一侧点一个点A ，将平面玻璃垂直于纸面且与纸上直线重合放置，将一支蜡烛点燃竖直放在A 处，在A 点这侧看点燃蜡烛的像.将另一支未点燃的蜡烛放在直线(平面玻璃)的另一侧，缓慢移动直至未点燃的蜡烛与点燃的蜡烛的像重合，好像未点燃蜡烛也燃烧起来一样.在纸上记下未点燃蜡烛的位置.在同学们都看清楚的前提下，将点燃的蜡烛熄灭.让同学讨论看到的现象。 实验结论——平面镜成像的特点： (1)像：由物发出(或反射)的光线经光具作用为会聚的光线(或发散的光线)所形成的跟原物“相似”的图景。这里的“相似”一词与数学的相似含义不完全相同，数学中的相似是指对应处成相同的比例，而这里的“相似”有时不同对应处比例不同。例如哈哈镜中人的像与人相比相差很大，但仍认为是人的像。 (2)实像：是由实际光线会聚而形成.可用眼直接观察，可在光屏上显示，具有能量到达的地方。 (3)虚像：是实际光线的反向延长线汇聚而形成，不可在光屏上显示，只能用眼睛直接观察。 2 光的折射、全反射、色散 1、插针法测定玻璃砖的折射率(学生实验) 实验仪器：方木板、白纸、直别针、玻璃砖、刻度尺、铅笔、量角器、图钉 实验目的：应用折射定律测定玻璃的折射率，加深对折射定律的理解。 实验原理：光线射向底面平行的玻璃砖后将在玻璃砖内发生偏转，而出射光线与入射光线平行。由插针法可以确定入射光线与出射光线的路径，而由光线在玻璃砖底面上的入射点和出射点可以确定光线在玻璃砖内的传播路径，从而能测出光线射向玻璃砖的入射角i 和在玻璃砖内的折射角i ′，由n ＝sini sini ′ 即 能求出玻璃的折射率。 学生操作： (1)将一张八开的白纸，平铺在绘图板上，用图钉固定，玻璃砖平放在纸中央。取一枚直别针，紧贴玻璃砖上底面AE 的中点附近，垂直插牢在图板上。插针点为O 点，取第二枚直别针，垂直插在O 点左上方的O 1点。实验者的眼睛在玻璃砖下底面CD 的下方，沿水平方向透过玻璃砖观察插在O 、O 1点处的直别针，移动观察位置，使两枚直别针位于一直线上。然后在玻 璃砖下底面CD 的下方，沿着O 1O 的方向再在点O 2、O 3处插两枚直别针，观察者应看到插在O 1、O 、O 2、O 3的四枚直别针在一直线上。 光学、原子物理知识总结 光学 一、光的折射： 1、折射定律：折射光线与入射光线、发现处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧。入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 表达式：r i n sin sin = 2、折射现象中，光路可逆。 3、折射率： 物理意义：反应介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大。 （1）r i n sin sin = 为比值定义。由介质本身的光学性质和光的频率决定。 （2）v c n =，任何介质的折射率总大于1。 （3）r i n sin sin =中i 总是真空中光线与法线的夹角。 4、几个典型的折射光路 （1）平行玻璃砖的光路 两面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移。 （2）球形玻璃砖的光路 （3）平行玻璃砖的光的侧移距离 如图所示，由题意可知，O 2A 为偏移距离Δx ，有：Δx ＝d cos r ·sin(i －r ) n ＝sin i sin r 若为同一单色光，即n 值相同．当i 增大时，r 也增大，但i 比r 增大得快， sin(i －r )＞0且增大，d cos r ＞0且增大。 若入射角相同，则：Δx ＝d sin i (1－cos i n 2－sin 2i )即当n 增大，Δx 也增大 结论： （1）同种单色光的侧移距离随入射角的增大而增大 （2）不同种单色光的折射率大的侧移距离大 二、全反射 1、条件：① 光从光密介质射入光疏介质。 ② 入射角大于等于临界角。 2、临界角：n C 1 sin = ，C 为折射角为900时的入射角。 B A i 30° 120° r ′ O A E B C D O ′ 60° M 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： 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．，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最．．．．．大初动能与入射光的强度无关．．．．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大．．而增大．．。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③ 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的．．．．．．．．．．．．，一般不超过10-9 s ；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、 光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U 0。回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反 向电压U 0满足：02 max 2 1eU mv =，光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率有关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说 1、普朗克常量 普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv 的整数倍，hv 称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v 辐射频率，h 是一个常量，称为普朗克常量。 2、光子说 在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。hv =ε，其中：h 是普朗克常量，v 是光的频率。 一、原子的核式结构 卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构．α粒子散射实验的现象是：①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；②极少数α粒子则发生了较大的偏转甚至返回．注意，核式结构并没有指出原子核的组成． 二、波尔原子模型 玻尔理论的主要内容： 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，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态． 定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约． 2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hν＝E m －E n ． 3．“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值． 三、原子核的衰变及三种射线的性质 1．α衰变与β衰变方程 α衰变：X A Z →42Y A Z --＋42He β衰变：X A Z →1Y A Z +＋01e - 2．α和β衰变次数的确定方法 先由质量数确定α衰变的次数，再由核电荷数守恒确定β衰变的次数． 3．半衰期(T )：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间． 4．特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关． 5．规律：N ＝N 01()2 t T ． 6．三种射线 射线 α射线 β射线 γ射线 物质微粒 氦核 42He 电子01e - 光子γ 带电情况 带正电(2e ) 带负电(－e ) 不带电 速度 约为110 c 接近c c 贯穿本领 小(空气中飞行几厘米) 中(穿透几毫米厚的铝板) 大(穿透几厘米厚的铅板) 电离作用 强 次 弱 四、核能 1．爱因斯坦质能方程：E ＝mc 2． 2．核能的计算 (1)若Δm 以千克为单位，则： ΔE ＝Δmc 2． (2)若Δm 以原子的质量单位u 为单位，则： ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ． 3．核能的获取途径 (1)重核裂变：例如 235 92U ＋10n →13654Xe ＋9038Sr ＋1010n (2)轻核聚变：例如 2 1H ＋31H →42He ＋10n 聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应． 二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念 ●例2 现有三个核反应： ①24 11Na →2412Mg ＋____； ②23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋____；③21H ＋31H →42He ＋____． 完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是( ) A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变 原 子 物 理 一、卢瑟福的原子模型——核式结构 1.1897年,_________发现了电子.他还提出了原子的 ______________模型. 2.物理学家________用___粒子轰击金箔的实验叫 __________________。 3. 实验结果:绝大部分α粒子穿过金箔后________;少数α粒子发生了较大的偏转;极少数的α粒子甚至被____. 4. 实验的启示：绝大多数α粒子直线穿过，说明原子内部存在很大的空隙； 少数α粒子较大偏转，说明原子内部集中存 在着对 α粒子有斥力的正电荷； 极个别α粒子反弹，说明个别粒子正对着质量比 α粒子大很多的物体运动时，受到该物体很大的斥 力作用． 5.原子的核式结构: 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：在原子中心有一个很小 的核，叫 ________， 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋 转． 例1:在α粒子散射实验中,卢瑟福用α粒子轰击金箔,下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果: A.α粒子穿过金箔时都不改变运动方向 B . 极少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 ,有的甚至被反 弹 C.绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的 偏转 D. α粒子穿过金箔时都有较大的偏转. 例2:根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模 型。如图 1-1所示表示了 原子核式结构模型的 α粒子散射图景。图中实 线表示 α粒子的运动轨迹。其中一个 c α粒子在从a 运动到b 、再运动到c 的过程中（α粒子在b 点时距原子核最近），下 列判断正确的是 （ ） a b A ．α粒子的动能先增大后减小 原子核 B ．α粒子的电势能先增大后减小 C ．α粒子的加速度先变小后变大 α粒子 D ．电场力对α粒子先做正功后做负功 图1-1 二玻尔的原子模型 能级 1．玻尔提出假说的背景——原子的核式结构学说与经典物理学的矛盾：⑴按经典物理学理论，核外电子绕核运动时，要不断地辐射电磁波，电子能量减小，其轨道半径将不断减小，最终落于原子核上，即核式结构将是不稳定的，而事实上是稳定的．⑵电子绕核运动时辐射出的电磁波的频率应等于电子绕核运动的频率，由于电子轨道半径不断减小，发射出的电磁波的频率应是连续变化的，而事实上，原子辐射的电磁波的频率只是某些特定值。 为解决原子的核式结构模型与经典电磁理论之间的矛盾，玻尔提出了三点假设，后人称之为玻尔模型． 2．玻尔模型的主要内容： ⑴定态假说：原子只能处于一系列 __________的能量状态中，在 这些状态中原子是 _______的，电子虽然绕核运动， 但不向外辐射能量．这些状态叫做 ________． ⑵跃迁假说：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，光子的能量由这两定态的能量差决定，即________________. ⑶轨道假说：原子的不同能量状态对应于 ______子的不同轨道 .原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不 连续的． 3．氢原子的能级公式和轨道 公式 原子各定态的能量值叫做原子的能级，对于氢原子，其能级 公式为 :______________； 对应的轨道公式为： r n n 2 r 1。其中n 称为量子数，只能取正.E1=-13.6eV ，r1=0.53×10-10m ． 重要概念和规律 1．原子核式结构学说（卢瑟福） 实验基础α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。极少数发失大角度偏转。个别被弹回．基本内容在原子中心有一个带正电的核（半径约10-15～10-14m），集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转（原子半径约10-10m）。困难问题按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。 2．玻尔理论（玻尔）实验基础氢光谱规律的研究。基本内容（三点假设）（1）原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态（定态），其总能量En（包括动能和电势能）与基态总能量量的关系为En=E1/n2（n＝1、2、3……）。（2）原子在两个定态之间跃迁时，将辐射（或吸收）一定频率时光子；光子的能量为hν=E初-E终。（3）电子绕核运行的可能轨道是不连续的。各可能轨道的半径rn=n2r1基态轨道半径r1。（n=1、2、3……）。困难问题无法解释复杂原子的光谱． 3. 放射现象（贝克勒尔） 三种射线（1）α射线氦原子核流。v≈c/10。贯穿本领很小。电离作用很强。 （2）β射线高速电子流。v≈c。贯穿本领强，电离作用弱。 （3）γ射线波长很短的电磁波。v=c。贯穿本领很强，电离作用很弱。 衰变规律遵循电量、质量（和能量）守恒。 α衰变、β衰变、γ衰变（γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的）。 半衰期放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。由核内部本身因素决定．跟原子所处的物理状态或化学状态无关．公式 4．原子核的组成 实验基础 （1）质子发现（1919年，卢瑟福） 147N + 24He → 817O + 11H （2）中子发现（1932年，查德威克） 49Be + He → 612C + 01n 基本内容原子核由质子和中子（统称核子）组成．原子核的质量数等于质子数与中子数之和．原子核的电荷数等于质子数。各核子间依靠强大的核力来集在核内。 5．放射性同位素质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。 实验基础用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷（1934年，约里奥? 原 子 物 理 一、卢瑟福的原子模型-—核式结构 1.1897年,_________发现了电子.他还提出了原子的______________模型。 2。物理学家________用___粒子轰击金箔的实验叫__________________。 3.实验结果: 绝大部分α粒子穿过金箔后________;少数α粒子发生了较大的偏转; 极少数的α粒子甚至被____. 4。实验的启示：绝大多数α粒子直线穿过，说明原子内部存在很大的空隙； 少数α粒子较大偏转，说明原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷； 极个别α粒子反弹,说明个别粒子正对着质量比α粒子大很多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用． 5.原子的核式结构: 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：在原子中心有一个很小的核,叫________， 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 例1：在α粒子散射实验中，卢瑟福用α粒子轰击金箔，下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果: A.α粒子穿过金箔时都不改变运动方向 B.极少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转，有的甚至被反弹 C.绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 D 。α粒子穿过金箔时都有较大的偏转。 例2：根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图1—1所示表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景.图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个 α粒子在从a 运动到b 、再运动到c 的过程中（α粒子在b 点时距原子核最近），下列判断正确的是（ ） A ．α粒子的动能先增大后减小 B ．α粒子的电势能先增大后减小 C ．α粒子的加速度先变小后变大 D ．电场力对α粒子先做正功后做负功 二 玻尔的原子模型 能级 1．玻尔提出假说的背景——原子的核式结构学说与经典物理学的矛盾： ⑴按经典物理学理论，核外电子绕核运动时，要不断地辐射电磁波,电子能量减小，其轨道半径将不断减小，最终落于原子核上，即核式结构将是不稳定的,而事实上是稳定的． ⑵电子绕核运动时辐射出的电磁波的频率应等于电子绕核运动的频率，由于电子轨道半径不断减小，发射出的电磁波的频率应是连续变化的，而事实上，原子辐射的电磁波的频率只是某些特定值。 为解决原子的核式结构模型与经典电磁理论之间的矛盾，玻尔提出了三点假设，后人称之为玻尔模型． 2．玻尔模型的主要内容： ⑴定态假说：原子只能处于一系列__________的能量状态中，在这些状态中原子是_______的，电子虽然绕核运动,但不向外辐射能量．这些状态叫做________． ⑵ 跃迁假说：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，光子的能量由这两定态的能量差决定,即________________。 ⑶轨道假说：原子的不同能量状态对应于______子的不同轨道.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 3．氢原子的能级公式和轨道公式 原子各定态的能量值叫做原子的能级，对于氢原子,其能级公式为：______________; 对应的轨道公式为：12r n r n =。其中n 称为量子数,只能取正整数。E 1=-13。6eV ，r 1=0。53×10-10 m ． 原子的最低能量状态称为_______,对应电子在离核最近的轨道上运动； 原子的较高能量状态称为_______，对应电子在离核较远的轨道上运动． 4．氢原子核外的电子绕核运动的轨道与其能量相对应 核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型） 由r v m r e k F 222 =＝库得动能r ke mv E k 2 22121==， 即r 越大时，动能________。 又因为12r n r n =,21 n E E n = 即量子数n 越大时，动能_______，势能______，总能量_______． 5．用玻尔量子理论讨论原子跃迁时释放光子的频率种数 氢原子处于n=k 能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为：2 ) 1(2 -= =k k C N k 例1:氢原子的核外电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 图1-1 c 原子核 α粒子 第四节光学、原子物理 一、知识结构 (一)光学 1. 2. 3.掌握光的折射规律及其应用；了解全反射的条件及临界角的计算，理解棱镜的作用原 4.明确透镜的成像原理和成像规律，能熟练应用三条特殊光线的作用和物像的对应关系 5. 6.掌握光的电磁学说的内容；明确不同电磁波产生的机理和各种射线的特点和作用。理 7.掌握光电效应规律，理解光电效应四个实验的结论，了解光的波粒二象性的含义。 (二) 1. 2. 3.掌握α、β、γ 4. 例1 下列成像中，能满足物像位置互换(即在成像处换上物体，则在原物体处一定成像)的是( ) A.平面镜成像 B. C.置于空气中的玻璃凸透镜成实像 D.置于空气中的玻璃凸透镜成虚像 【解析】由光路可逆原理，本题的正确选项是C 例2 在“测定玻璃的折射率”实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如下图左所示，若其它操作正确，则测得的折射率将 ( ) A.变大 B.变小 C.不变 D. 【解析】要解决本题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。 设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如上图右所示，实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O′1，而 现在误把O 2O ′2作为折射光线，由于O 1O ′1平行于O 2O ′2，所以折射角没有改变，因此折射率不变。 例3 如右图所示，折射率为n ＝2的液面上有一点光源S ， 发出一条光线，垂直地射到水平放置于液体中且距液面高度为h 的平面镜M 的O 点上，当平面镜绕垂直于纸面的轴O 以角速度ω 逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上 有一光斑掠过，且光斑到P (1) (2)光斑在P 【解析】光线垂直于液面入射，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕O 逆时针方向转动时经平面镜的反射，光开始逆时针转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，则看到液面上的光斑，从P 处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射P 点的光线在液面产生全反射，根据在P 处产生全反射条件得： ?90sin sin θ＝n 1＝2 1 sin θ＝2 2，θ＝45° (1)因为θ＝45°，PA ＝OA ＝h ，t ＝ω8π＝ω 8π -V ＝ω 8πh ＝π h ω8 (2)光斑转到P 位置的速度是由光线的伸长速度和光线的绕O 转动的线速度合成的，光 斑在P 位置的线速度为22ωh v ＝v 线/cos45°＝22ωh/cos45°＝4ωh 。 例4 如右图为查德威克发现中子的实验示意图，其中 ①为 ，② ，核反应方程 为 【解析】有关原子物理的题目每年高考都有题，但以选 择题和填空题为主，要求我们复习时注意有关的理论提出都是依据实验结果的，因此要注意 每个理论的实验依据 答案：中子流 质子流 94Be+ 42He 126C+ 10n (一) 原子物理知识点 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： 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．，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最．．．．．大初动能与入射光的强度无关．．．．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大．．而增大．．。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的．．．．．．．．．．．．，一般不超过10-9s ；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、 光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U 0。回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反 向电压U 0满足：02 max 2 1eU mv ，光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率有关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说 光学原子物理 智慧点亮人生——走过高三的体悟 学生在温馨、舒适、亲切、向上的环境中学习生活，力求让班级的每一名学生和教师在愉悦的环境中最大的释放自己的聪明才智;“如果学生生活在批评中，他便学会谴责；如果学生生活在敌视中，他便会好斗；如果学生生活在恐惧中，他便会忧心忡忡；如果学生生活在鼓励中，他便学会自信；如果学生生活在受欢迎的环境里，他便学会钟爱别人；如果学生生活在友谊中，他便会觉得生活在一个多么美好的世界里。”是我的教育理念. “赏识学生，严格管理”，是我的工作思路。在进行班级管理的过程中我思考什么样的师生关系是能最大发挥教育功效的，对合作型的师生关系我有深刻的体会；利用班会我和学生沟通,教师和学生的关系是合作关系，合作的前提是——互相欣赏；我在进行管理学生的过程中，一直挖掘学生的优点，但不回避缺点。例如，班级的刘勤谭在我接受班级时，他错误不断，并和老师有很大的抵触情绪。在和他进行过几次交流后，效果很不好；我经过思考后，在很多情况下，谈到刘勤谭，是个聪明的孩子，在班集体劳动中很积极；他发现老师是欣赏他的，在遇到问题时老师在对他严格管理时，他也能欣然接受，并做的很好，有时让老师很感动。我们工作的对象是人，是活生生的、富有个性的学生。作为班主任，要树立以人为本，以学生为本的思想，建立合作型的关系，引导学生做自己生命的主人，做社会的人。要以开放的心态和包容的气度正确对待那些具有鲜明个性的学生，要以博大的爱心和崇高的师德尊重、爱护、关心和引导学生。班主任的工作方式不仅诉诸于行为，而更多地诉诸情感与心理。 师生、生生间的真情是建设良好班级的前提条件。通过谈心与学生真情交流，共同探讨班级问题，一个人出了问题，其他同学都会伸出援手，帮助解决，班级的凝聚力增强了，成为真正的一家人;同学们有了主人翁意识，愿意为这个班付出. 学生到学校接受教育，这不仅仅指学习文化知识，还应该包括学习做人的道理，学习今后再学习、再发展的本领;学生是班级的主体，班级应是学生锻炼各种能力的舞台，而班主任则应是这舞台的顾问、向导。在班级管理方式上，我把班主任管理与学生自我管理有机结合起来，既充分发挥班主任的主导作用，又特别重视学生的主体能动性。在班级管理制度的建设上，坚持班主任把握方向的前提下，使学生逐步学会自我管理，成为班级管理的主人。为了将学生推向舞台，我与学生一起设定众多的岗位，例如，在进入高三后，班级根据需要设立“综合素质管理员”，根据大家的推荐和自我推荐，宋 、波粒二象性 1、热辐射： 一切物体均在向外辐射电磁波。这种辐射与温度有关。故叫热辐射。 特点： 1）物体所辐射的电磁波的波长分布情况随温度的不同而不同；即同时辐射各种 波长 的电磁波，但某些波长的电磁波辐射强度较强，某些较弱，分布情况与 温度有关。 2）温度一定时，不同物体所辐射的光谱成分不同。 2、黑体： 一切物体在热辐射同时，还会吸收并反射一部分外界的电磁波。若某种物体，在 热辐射的同时能够完全吸收入射的各种波长的电磁波， 而不发生反射， 这种物体叫做黑体 （ 或 绝对黑体 ）。在自然界中，绝对黑体实际是并不存在的，但有些物体可近似看成黑体，例如， 空腔壁上的小孔。 注意，黑体并不一定是黑色的。 热辐射特点 吸收反射特点 一般物体 辐射电磁波的情况与温度， 材 料种类及表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材 料的种类及入射光波长等因 素 有关 黑体 辐射电磁波的强度按波长的 分布只与黑体温度有关 完全吸收各种入射电磁波， 不 反射 黑体辐射的强度，随波长分布有一个极大值。 各种波长的辐射强度均增加。 辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 4、能量子 :上述图像在用经典物理学解释时与该图像存在严重的不符 （维恩、 瑞利的解释） 普朗克认为能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值 ε 叫做能 量子． h （h 6.63 10 34 J s 叫普朗克常量 ） 。 由量子理论得出的结果与黑体的辐射强度 图像吻合的非常完美，这印证了该理论的正确性。 原子物理 黑体辐射的实验规 律： 1）温度一定 时， 2）温度升高 5 光电效应： 在光的照射下，金属中的电子从金属表面逸出的现象。 射出 来的电子叫光电子。光电效应由赫兹首先发现。 爱因斯坦指出 : ① 光的能量是不连续的， 是一份一份的， 每一份能量子叫做一个光 子． 光子的能量为 ε＝ h ν ，其中 h= 6.63× 10－ 34 J · s 叫普朗克常量， ν是光的频率； ② 当光照射到金属表面上时， 一个光子会被一个电子吸收， 吸收的过程是瞬间的 （不 -9 超过 10-9 s ）。电子在吸收光子之后，其能量变大并向金属外逃逸，从而产生光电效应现象； ③ 一个电子只能吸收一个光子， 不会有一个电子连续吸收多个光子的情况， 该过程需 要克服金属内部原子束缚做功（逸出功 W 0，其大小与金属材料有关），然后才有可能从金 属表面飞出。因此在只有当一个光子能量较大时，电子才会将其吸收并从金属内部飞出， 否则电子无法克服原子束缚从金属中逸出。 由能量守恒可得 光电效应方程 : E k h W 0 ④ 决定能否发生光电现象的决定因素是极限频率而不是光的强度。 光的强度只会影响 从金属中逸出的电子数目。 能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率 （极限频 率 ）．截止频率的大小与金属种类有关。光的强度：单位时间内垂直照射到金属表面 单位面积上入射光中光子总数目。 若ν≥ c ，无论光照强度如何也会有光电效应现象产生 若ν< c ，则无论怎样增加光照强度，也不会有光电效应产生 知识拓展之 光电管的伏安特性曲线： 在光照条件不变时， 若正向电压升高， 则电路中的光电 流会随之变大， 当正向电压调到某值后电路中的电流不再增加， 该电流叫饱和电流。 饱和电 流大小反映了入射光的强度（光子数目）。在光照条件不变时，若反向电压升高，则电路中 的光电流会随之变小， 当反向电压达到某值后， 电路中的电流变为零， 这个电压叫遏止电压。 遏止电压只与入射光频率有关。 h W 0 e e （由E k h W 0 和 eU c 0 E k 得出 eU c h W 0） U c原子物理知识点总结全
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