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1、选修3-5学问梳理一量子论的建立 黑体和黑体辐射（一）量子论1.创立标记：1900年普朗克在德国的物理年刊上发表论正常光谱能量分布定律的论文，标记着量子论的诞生。2.量子论的主要内容：普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不行分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳动式变更的。3.量子论的开展1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子构造模型，丰富了量子论。到1925年左右，量子力学最终建立。4.量子
2、论的意义与量子论等一起，引起物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的打破性开展。量子论的革命性观念揭开了微观世界的奇妙，深入变更了人们对整个物质世界的相识。量子论胜利的提醒了诸多物质现象，如光量子论提醒了光电效应量子概念是一个重要基石，现代物理学中的很多领域都是从量子概念根底上衍生出来的。量子论的形成标记着人类对客观规律的相识，开场从宏观世界深化到微观世界；同时，在量子论的根底上开展起来的量子论学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的开展。（二）黑体和黑体辐射1热辐射现象任何物体在任何温度下都要放射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。这种
3、由于物质中的分子、原子受到热激发而放射电磁波的现象称为热辐射。.物体在任何温度下都会辐射能量。.物体既会辐射能量，也会汲取能量。物体在某个频率范围内放射电磁波实力越大，则它汲取该频率范围内电磁波实力也越大。辐射和汲取的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。试验说明：物体辐射能多少确定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和放射的面积。2.黑体物体具有向四周辐射能量的本事，又有汲取外界辐射来的能量的本事。黑体是指在任何温度下，全部汲取任何波长的辐射的物体。3试验规律：1）随着温度的上升，黑体的辐射强度都有增加；2）随着温度的上升，辐射强度的极大值向波长较短方向挪动。二光电效应 光子说 光
4、电效应方程1、光电效应（1）光电效应在光（包括不行见光）的照耀下，从物体放射出电子的现象称为光电效应。（2）光电效应的试验规律：装置：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必需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。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。大于极限频率的光照耀金属时，光电流强度（反映单位时间放射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。 金属受到光照，光电子的放射一般不超过109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确定的与光的频率无关。所以波动说对说明上述试验规律中的条都遇到困
5、难3、光子说（1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的放射和汲取是不连续的，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=6.631034JS4、光子论对光电效应的说明金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属外表，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。5光电效应方程 当Vm=0 时，n为极限频率n0 ， n0=W0/h三康普顿效应康普顿效应是
6、光子和电子作弹性碰撞的结果，详细说明如下： 1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一局部能量传给电子,散射光子的能量削减，于是散射光的波长大于入射光的波长。 2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，依据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长变更和散射角有关。康普顿效应说明光具有粒子性。四光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定性关系光既表现出波动性，又表现出粒子性大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强实物粒子也具
7、有波动性 这种波称为德布罗意波，也叫物质波。从光子的概念上看，光波是一种概率波不确定性关系：五原子核式构造模型1、电子的发觉和汤姆生的原子模型：（1）电子的发觉：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进展了一系列的探讨，从而发觉了电子。电子的发觉说明：原子存在精细构造，从而打破了原子不行再分的观念。（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，它的正电荷匀称分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、粒子散射试验和原子核构造模型（1）粒子散射试验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成 装置： 现象： a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b
8、. 有少数粒子发生较大角度的偏转 c. 有极少数粒子的偏转角超过了90度，有的几乎到达180度，即被反向弹回。（2）原子的核式构造模型：由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动方向发生明显的变更，只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响。假如正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模匀称分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，粒了运动将不发生明显变更。散射试验现象证明，原子中正电荷不是匀称分布在原子中的。1911年，卢瑟福通过对粒子散射试验的分析计算提出原子核式构造模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部的质量，带
9、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。六氢原子光谱氢原子是最简洁的原子，其光谱也最简洁。1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的14条谱线作了分析，发觉这些谱线的波长可以用一个公式表示：除了巴耳末系，后来发觉的氢光谱在红外和紫个光区的其它谱线也都满意与巴耳末公式类似的关系式。氢原子光谱是线状谱，具有分立特征，用经典的电磁理论无法说明。七原子的能级玻尔的原子模型（1）原子核式构造模型与经典电磁理论的冲突（两方面）a.电子绕核作圆周运动是加速运动，依据经典理论，加速运动的电荷，要不断地向四周放射电磁波，电子的能量就要不断削减，最终电子要落到原子
10、核上，这与原子通常是稳定的事实相冲突。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更，因此依据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冲突。（2）玻尔理论上述两个冲突说明，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：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。跃迁假设：原子从一个定态（设能量为E2）跃迁到另肯定态（设能量为E1）时，它辐射成汲取肯定频率的光子，光
11、子的能量由这两个定态的能量差确定，即 hv=E2-E1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此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/2的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/的整数倍，即n为正整数，称量数数（3）玻尔的氢子模型：氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设根底上，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En，和电子轨道半径rn分别为：其中E1、
12、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=0.5310-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。八原子核的组成原子核1、自然放射现象（1）自然放射现象的发觉：1896年法国物理学，贝克勒耳发觉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：物质能放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自然放射现象：某种元素白发地放射射线的
13、现象，叫自然放射现象自然放射现象：说明原子核存在精细构造，是可以再分的（2）放射线的成份和性质：用电场和磁场来探讨放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如图（1）：成 份组 成性 质电离作用贯穿实力 射 线氦核组成的粒子流很 强很 弱 射 线高速电子流较 强较 强 射 线高频光子很 弱很 强2、原子核的组成（1）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子在原子核中：质子数等于电荷数 核子数等于质量数中子数等于质量数减电荷数九原子核的衰变 半衰期（1）衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变更称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒类 型衰变方程规 律 衰 变新 核
14、衰 变新核射线是伴随衰变放射出来的高频光子流在衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子，即：（2）半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所须要的时间，称该元素的半衰期。一放射性元素，测得质量为m,半衰期为T，经时间t后，剩余未衰变的放射性元素的质量为m十放射性的应用与防护 放射性同位素人工放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素放射性同位素：具有一样的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。正电子的发觉：用粒子轰击铝时，发生核反响。1934年，约里奥居里和伊丽芙居里 发觉经过粒子轰击的铝片中含有放射
15、性磷反响生成物P是磷的一种同位素，自然界没有自然的，它是通过核反响生成的人工放射性同位素。发生+衰变，放出正电子与自然的放射性物质相比，人造放射性同位素：1、放射强度简洁限制2、可以制成各种须要的形态3、半衰期更短4、放射性废料简洁处理放射性同位素的应用1、利用它的射线A、由于射线贯穿本事强，可以用来射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫射线探伤仪B、利用射线的穿透本事与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动限制C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消退化纤、纺织品上的静电D、利用射线照耀植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治
16、病等2、作为示踪原子：用于工业、农业及生物探讨等.棉花在结桃、开花的时候须要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被汲取但是，什么时候的汲取率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布状况等，用通常的方法很难探讨假如用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔肯定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很简洁解决放射性的防护（1）在核电站的核反响堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄（2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源十一核力与结合能 质量亏损核力：可以把核中的各种核子联络在一起的强大的力叫做核力1
17、. 核力是四种互相作用中的强互相作用（强力）的一种表现。2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，间隔 大于0.810-15m时为引力, 间隔 为1010-15m时核力几乎消逝，间隔 小于0.810-15m时为斥力。3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内全部核子发生作用。4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。核越来越大，有些核子间的间隔 越来越远。随着间隔 的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到肯定程度时，相距较远的质子间的核力缺乏以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，假如不再成对
18、地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有互相吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个缘由，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。 结合能；由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着宏大的能量变更 当核子结合成原子核时要放出肯定能量；原子核分解成核子时，要汲取同样的能量这个能量叫做原子核的结合能比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定。质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量削减。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损爱因
19、斯坦质能方程 E=mc2 式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。核子在结合成原子核时出现的质量亏损m，正说明它们在互相结合过程中放出了能量E=mc2常用单位: Dm用“u(原子质量单位)” 1u=1.66056610-27kg E用“uc2” 1uc2=931.5MeV (表示1u 的质量变更相当于931.5Me V的能量变更)十二核反响方程1.熟记一些试验事实的核反响方程式。（1）卢瑟福用粒子轰击氦核打出质子：（2）贝克勒耳和玛丽居里夫人发觉自然放射现象：衰变 衰变 （3） 查德威克用粒子轰击铍核打出中子 （4） 伊丽芙居里发觉正电子 和（5） 轻核聚变 （6） 重核聚变 2
20、.熟记一些粒子的符号 粒子（）、质子（）、中子（）、电子（）、氘核（）、氚核（）3.留意在核反响方程式中，质量数和电荷数是守恒的。处理有关核反响方程式的相关题目时，只要做到了以上几点，即可顺当解决问题。十三重核裂变 核聚变释放核能的途径裂变和聚变（1）裂变反响：裂变：重核在肯定条件下转变成两个中等质量的核的反响，叫做原子核的裂变反响。例如：链式反响：在裂变反响用产生的中子，再被其他铀核浮获使反响接着下去。链式反响的条件：裂变时平均每个核子放能约1Mev能量1kg全部裂变放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧放出能量（2）聚变反响：聚变反响：轻的原子核聚合成较重的原子核的反响，称为聚变反响。例如：平均每个核子放出3Mev的能量聚变反响的条件；几百万摄氏度的高温