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1、精品_精品资料_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. 创立标志： 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,标志着量子论的产生.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化的.3. 量子论的进展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结构模型, 丰富了量子论.到 192
2、5年左右,量子力学最终建立.4.量子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突破性进展.量子论的革命性观念掀开了微观世界的秘密,深刻转变了人们对整个物质世界的熟悉.量子论胜利的揭示了诸多物质现象,如光量子论揭示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基础上衍生出来的.量子论的形成标志着人类对客观规律的熟悉,开头从宏观世界深化到微观世界.同时,在量子论的基础上进展起来的量子论学,极大的促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的进展.（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发射各种波长的电磁波,并且其辐射能量的大小
3、及辐射能量按波长的分布都与温度有关.这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发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,也会吸取能量.物体在某个频率范畴内发射电磁波才能越大,就它吸取该频率范畴内电磁波才能也越大.辐射和吸取的能量恰相等时称为热平稳.此时温度恒定不变.试验说明：物体辐射能多少打算于物体的温度（T ）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积.2.黑体物体具有向四周辐射能量的本事,又有吸取外界辐射来的能量的本事.黑体是指在任何温度下,全部吸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
4、度的极大值向波长较短方向移动.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_二光电效应光子说光电效应方程1、光电效应（ 1）光电效应在光（包括不行见光）的照耀下,从物体发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（反映单位时间发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,光电子的发射一般不超过109 秒.2、波动说在光电效应上遇到的困难波动
5、说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅打算的与光的频率无关.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=6.63 10 34JS 4、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,电子即可脱离金属表面,入射光的频率越大,光子能量越大,电子获得的能
6、量才能越大,飞出时最大初功能也越大.5光电效应方程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_E KmhW0当 Vm=0时, 为极限频率 0 ,0=W 0/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三康普顿效应康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果,详细说明如下：1. 如光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,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. 如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. 由于碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关,所以波长转变和散射角有关.
7、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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_实物粒子也具有波动性h这种波称为德布罗意波,也叫物质波.hp可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_从光子的概念上看,光波是一种概率波可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_不确定性关系：x ph4五原子核式结构模型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,对阴极射线进行了一
8、系列的讨论,从而发觉了电子.电子的发觉说明：原子存在精细结构,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结构模型（ 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, 仍沿原先方向运动, 不发生偏转.b. 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,有的几乎达到180 度, 即被反向弹回.（ 2）原子的核式结构模型：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
9、方向发生明显的转变,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稳,粒了运动将不发生明显转变.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运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,原子核集中了原子全部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.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
10、 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：111可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_R22 2nn3, 4,5,.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_7巴耳末公式 R=1.1010 m 1里德伯常量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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,具有分立特点,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）原子核式结构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, 要不断的向四周发
11、射电磁波, 电子的能量就要不断削减,最终电子要落到原子核上,这与原子通常是稳固的事实相冲突.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,电子可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_辐射的电磁波的频率也应是连续变化,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示,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固的,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
12、.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,它辐射成吸取肯定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差打算,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/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：玻尔在三条假设基础上,利用经典电磁理论和牛顿力学,运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,（
13、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：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EE1nn 2n2rnn r11、2、3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_其中E1、 r 1 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, r 1=0.53 10-10m以电子距原子核无穷远时电势能为零运算氢原子的能级图：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
14、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自然放射现象：某种元素白发的放射射线的现象,叫自然放射现象自然放射现象：说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：用电场和磁场来讨论放射性元素射出的射线,在电场中轨迹,如图（1）：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_成份组成性质电离作用贯穿才能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_射线氦核组成的粒子流很
15、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化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 核电荷数增加 1新核衰变质量数不变射线是相伴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需要的时间,称该元素的半衰期.一放射性元素
16、,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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mm 0t1 t2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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：具有相同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,发生核反应.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性磷可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_He427213301AlPn150可编辑资料
17、- - - 欢迎下载精品_精品资料_反应生成物 P 是磷的一种同位素,自然界没有自然的素.30 P ,它是通过核反应生成的人工放射性同位15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_发生+衰变,放出正电子可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_与自然的放射性物质相比,人造放射性同位素：1、放射强度简洁掌握2、可以制成各种需要的外形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,
18、 从而实现自动掌握C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体,以排除化纤、纺织品上的静电D 、利用射线照耀植物,引起植物变异而培养良种,也可以利用它杀菌、治病等2、作为示踪原子：用于工业、农业及生物讨论等 .棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥,把磷肥喷在棉花叶子上,磷肥也能被吸取但是,什么时候的吸取率最高、 磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情形等,用通常的方法很难讨论 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）在核电站的核反应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
19、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： 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现.2. 核力是短程力. 约在 10-15m 量级时起作用,距离大于0.8 10-15m 时为引力 , 距离为 1010-15m 时核力几乎消逝,距离小于0.8 10-15m 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,有些核子间的距离越来越远
20、.随着距离的增加,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不足以平稳它们之间的库仑力,这个原子核就不稳固了.这时,假如不再成对的增加核子,而只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,有助于维系原子核的稳固.由于这个缘由,稳固的重原子核里,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,都相伴着庞大的能量变化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,要吸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
21、大,表示原子核中核子结合得越坚固,原子核越稳固.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,叫做质量亏损爱因斯坦质能方程E=mc 2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显现的质量亏损m,正说明它们在相互结合过程中放出了能量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ E= m2 c常用单位 :m 用“u原E用 “ u2c”子质量单位 ” 1u=1.66056610-27kg可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1uc2=931.5MeV表示 1u 的质量变化相当
22、于931.5Me V 的能量转变 十二核反应方程1. 熟记一些试验事实的核反应方程式.144171可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 1）卢瑟福用 粒子轰击氦核打出质子：7 N2 He8O1H可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 2）贝克勒耳和玛丽 g居里夫人发觉自然放射现象：2382344可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_衰变92U90Th2 He可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2342340可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_衰变90Th91Pa1e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_94121可编辑资料
23、- - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 3）查德威克用 粒子轰击铍核打出中子4 Be2 He6C0 n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_132150（ 4）伊丽芙 g居里发觉正电子27 Al4He30 P1n 和 30 P30Si1e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_15140112可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 5）轻核聚变0n1H1 H可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_23511361可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 6）重核聚变92U0 n54 Xe10 0n可
24、编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_02. 熟记一些粒子的符号可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2粒子（4He ）、质子（1 H ）、中子（1n ）、电子（1e ）、氘核（2 H ）、氚核（3 H ）3.留意在核反应方可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1011程式中,质量数和电荷数是守恒的.处理有关核反应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）裂变反应：裂变：重核在肯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：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连续下去.链式反应的条件：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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（ 2）聚变反应 ：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：平均每个核子放出3Mev 的能量聚变反应的条件.几百万摄氏度的高温可编辑资料 - - - 欢迎下载