原子物理知识点及习题

n E /eV ∞ 0

-13.6 -3.4 4 -0.85 原子物理知识

光电效应实验装置,现象,所得出的规律(四)爱因斯坦提出光子学说的背景

光电效应规律:实验装置、现象、总结出四个规律

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；低于这个极限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，只随入射光频率的增大而增大。

③入射光照到金属上时，光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，光电流强度与入射光强度成正比。

康普顿效应(石墨中的电子对x 射线的散射现象)这两个实验都证明光具粒子性 光波粒二象性: ?情况体现波动性(大量光子,转播时,λ大),

?粒子性 光波是概率波(物质波) 任何运动物体都有λ与之对应(这种波称为德布罗意波) 《原子、原子核》知识归类

整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模型)；六子(电子、质子、中子、正电子、α粒子、γ光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。 4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全章。

1.汤姆生模型(枣糕模型) 汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。从而打开原子的大门.

2.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说

α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。

卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。

由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。

而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定,②其发出的光谱是否连续

3.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数)玻尔补充三条假设

⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。 (本假设是针对原子稳定性提出的)

⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) (终初E E h -=ν) 辐射(吸收)光子的能量为hf ＝E 初-E 末

氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子可能辐射的光谱线条数为()2

12-==n n C N n ]。 [ (大量)处于n 激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式]

⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨

道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的) (针对原子核式模型提出，是能级假设的补充) 氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:

【说明】氢原子跃迁

① 轨道量子化r n =n 2r 1(n ＝1,2.3…) r 1=0.53×10-10m 能量量子化：21n

E E n = E 1=－13.6eV ②

③氢原子跃迁时应明确：

一个氢原子 直接跃迁 向高能级跃迁，吸收光子 一般光子 某一频率光子

一群氢原子 各种可能跃迁 向低能级跃迁 放出光子 可见光子 一系列频率光子

④氢原子吸收光子时——要么全部吸收光子能量，要么不吸收光子

1光子能量大于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时，该光子可被吸收。

(即：光子和原于作用而使原子电离)

2光子能量小于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时,则只有能量等于两个能级差的光子才能被吸收。 (受跃迁条件限：终初E E h -=ν只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的情况)。

⑤氢原子吸收外来电子能量时——可以部分吸收外来碰撞电子的能量（实物粒子作用而使原子激发）。

因此，能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收，从而使氢原子跃迁。

E 51=13.06 E 41=12.75 E 31=12.09 E 21=10.2； (有规律可依)

E 52=2.86 E 42=2.55 E 32=1.89； E 53=0.97 E 43=0.66； E 54=0.31 ⑶玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。

氢原子在n 能级的动能、势能，总能量的关系是：E P =－2E K ，E=E K +E P =－E K 。(类似于卫星模型) 由高能级到低能级时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增加量的2倍，故总能量(负值)降低。 量子数 天然放射现象

1.天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。

核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变(用电磁场研究)：

2.三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：

四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)

⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→(实质：核内He

n 2H 2421011→+)α衰变形成外切(同方向旋)， β衰变：e Pa Th 01234

91234

90-+→(实质：核内的中子转变成了质子和中子e H n 011110-+→)

β衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为α、β粒子径迹。

+β衰变：e Si P 0130143015+→（核内e n H 011011+→）

γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。

⑵人工转变：

H O He N 1117842147+→+(发现质子的核反应)(卢瑟福)用α粒子轰击氮核,并预言中子的存在

n C He Be 101264294+→+(发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的α射线轰击铍 n P He Al 1030154

22713+→+ (人工制造放射性同位素)

正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)α粒子轰击铝箔

⑶重核的裂变： n 3Kr Ba n U 109236141

5610235

92++→+

↑

↓↓↑↑↑T V E E E n k p e Si P 0130

1430

15+→