3-5原子物理知识点总结

检查重点：

1.光电效应

2.玻尔原子假设与能级跃迁规律

3.半衰期

4.爱因斯坦质能方程及其计算

5. 物理学史（物理学家的贡献）

第17章光电效应波粒二象性

一、黑体辐射与能量子

1.黑体辐射的实验规律

①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．

②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．

a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．

b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．

2．能量子

（1）定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即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．

（2）能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.

二、光电效应

1．光电效应现象

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，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．光电效应实验规律

(1)每种金属都有一个极限频率．

(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．

(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．

(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．

3．爱因斯坦光电效应方程

(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.

(2)光电效应方程：E k＝hν－W0.

其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．

4．遏止电压与截止频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.

(2)截止频率：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(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．

(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功． 5．由E k －ν图象(如图)可以得到的信息 (1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .

(2)逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值E ＝W 0. (3)普朗克常量：图线的斜率k ＝h . 三、光的波粒二象性与物质波 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)光电效应和康普顿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．

2.光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象。

康普顿效应：在研究电子对X 射线的散射时发现有些散射波的波长比入射波的波长略大，康普顿认为这是因为光子不仅有能量，还有动量；说明了光具有粒子性。

光子的动量：由于光子的能量是h ν，由相对论知E=mc 2

，因此m=2

c h ν，动量p=c h ν=λh

。

3．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：也叫德布罗意波；任何一个运动的物体都有一种波与之对应，其波长λ=p

h ；宏观物体也存在波动性，波长很小。

p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量. 电子衍射实验说明实物粒子具有波动性

第18章 原子结构

一、原子结构

1．电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆生研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的枣糕式模型。 2.原子的核式结构

（1）α粒子散射实验的结果

绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．

（2）卢瑟福的原子核式结构模型

在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转． 二．光谱

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：)121(

1

22n

R -=λ

n=3，4，5，… 式中R 叫做里德伯常量，这个公式成为巴尔末公式。 三、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h ν＝E m －E n .(h 是普朗克常量，h ＝6.63×10

－34

J ·s)

3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续的． 4．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图(如图所示) (2)氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的能级公式：E n ＝1

n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6 eV.

②氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10

－

10 m.

5.对原子跃迁条件的理解

(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足h ν＝E 末－E 初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E 初向高能级E 末跃迁，而当光子能量h ν大于或小于E 末－E 初时都不能被原子吸收．

(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差． 6.关于能级跃迁的说明

(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)一个原子和一群原子的区别：一个氢原子只有一个电子，在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上，

当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能情况有多种C2n＝

2)1

(

n

n

但产生的跃迁只有一种．而如果是一群氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况．

（4）入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差．两种情况有所区别．

第19章原子核

1.天然放射现象

（1）天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。

放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性

放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素

天然放射现象：某种元素自发地放射射线的现象，叫天然放射现象。这表明原子核存在

精细结构，是可以再分的。

（2）放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如

图

2．原子核

(1)原子核的组成

①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．

②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．

③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．

(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子核，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．

3.原子核的衰变和半衰期

（1）原子核的衰变

(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．

（2）分类:α衰变：A Z X→A－4

Z－2

Y＋42He

β衰变：A Z X →

A

Z ＋1Y ＋ 0

－1

e

1．衰变规律及实质

γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产

生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过

程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．

（3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．

公式：N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 原(12)t /τ

影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．

半衰期是大量原子核衰变概率统计规律，少数几个原子核不能用半衰期公式计算 4．原子核的人工转变

用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．

(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为： 14 7N ＋42He →17 8O ＋1

1H. (2)查德威克发现中子的核反应方程为： 94Be ＋42He →12 6C ＋10n.

(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为： 2713Al ＋42He →3015P ＋10n. 3015P →3014Si ＋0＋1e.

反应生成物P 是磷的一种同位素，自然界没有天然的P 3015，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。与天

然的放射性物质相比，人造放射性同位素：

（1）放射强度容易控制 （2）可以制成各种需要的形状 （3）半衰期更短 （4）放射性废料容易处理 5.重核裂变 核聚变

释放核能的途径——裂变和聚变

⑴裂变反应：

①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。 例如：

n Kr Ba n U 1

089361445610235

92

3++→+

②链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。

链式反应的条件： 临界体积，极高的温度.

⑵聚变反应：

①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。

例如： MeV 6.171

0423121++→+n He H H

②一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放出17.6MeV 的能量，平均每个核子放出的能量3MeV 以上。比列变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。 ③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温。 （3）熟记一些粒子的符号

α粒子（He 4

2）、质子（H 1

1）、中子（n 1

0）、电子（e 0

1-）、氘核（H 2

1）、氚核（H 3

1）3.注意在核反应方

程式中，质量数和电荷数是守恒的。 五．关于核能的计算

1、由于核子间存在着强大的核力（核子之间的引力，特点：①核力与核子是否带电无关②短程力，其作用范围

为m 10

100.2-?，只有相邻的核子间才发生作用），所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大

的能量变化。

2．结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能，亦称核能。 比结合能：结合能与核子数的比值又叫平均结合能，比结合能越大原子核越稳定。 3．爱因斯坦质能联系方程：E=mc 2 ΔE=Δmc 2

应用质能方程解题的流程图

(1)根据ΔE ＝Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg ”，c

的单位是“m/s ”，ΔE 的单位是“J ”．

(2)根据ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u ”，ΔE 的单位是“MeV ”．

4．利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．