光电效应、量子理论、原子及原子核物理知识点总结

光电效应、量子理论、原子及原子核物理(专题复习)

一、光的波动性（略）

二、光的粒子性

1、光电效应

（1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。

（2）光电效应的实验规律：

装置：

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发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。

③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数

的多少），与入射光强度成正比。

④金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9秒。

2、波动说在光电效应上遇到的困难

波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以

波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难

3、光子说

（1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv

（2）光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。

即：E=hv ，其中h为普郎克恒量h=6.63×10－34J·s

4、光子论对光电效应的解释

金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。

三、波粒二象性

1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。

2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著

3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同

（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小

这与经典波的振动叠加原理有所不同

（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这

原子和原子核

一、原子结构：

1、电子的发现和汤姆生的原子模型：

（1）电子的发现：

1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。

电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。

（2）汤姆生的原子模型：

1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。

2、α粒子散射实验和原子核结构模型

（1）α粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成.

①装置：

②现象：

a. 绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

b. 有少数α粒子发生较大角度的偏转

c. 有极少数α粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。

（2）原子的核式结构模型：

由于α粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使α粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对α粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的α粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，α粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。

1911年，卢瑟福通过对α粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。

原子核半径小于10-14m，原子轨道半径约10-10m。

3、玻尔的原子模型

（1）原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）

a. 电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。

b. 电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。

（2）玻尔理论

上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：

①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。

②跃迁假设：原子从一个定态（设能量为E2）跃迁到另一定态（设能量为E1）时，它辐射成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hv=E2-E1

③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。即轨道半径跟电子动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等

于h/2π的整数倍，即mvr n h

n

==

2123

π

、、……n为正整数，称量数数

（3）玻尔的氢子模型：

①氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，（包括电子的动能和原子的热能。）氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时，氢原子的能量E n，和电子轨道半径r n分别为：

E E n

r n r n

n n =

=

⎫

⎬

⎪

⎭⎪

=

1

2

1

123

、、……

其中E1、r1为离核最近的第一条轨道（即n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E1=－13.6ev, r1=0.53×10-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)

1．对氢原子的能级图的理解

(1)氢原子的能级图(如下图)．

(2)氢原子能级图的意义：

①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．

②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级．

③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．

④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝E m－E n.

2．关于能级跃迁的三点说明

(1)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．

(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小，反之．轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大．

(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝n n－1

2.