近代物理知識(shí)結(jié)構(gòu)光電效應(yīng)光子說光具有波粒二象性粒子性原子的核式結(jié)構(gòu)α粒子散射原子核的人工轉(zhuǎn)變?chǔ)?、β、γ三種射線原子核的衰變?cè)雍说慕M成天然放射現(xiàn)象原子核量子論初步玻爾原子模型能級(jí)光的波動(dòng)性物質(zhì)波核能質(zhì)能聯(lián)系方程E=mc2質(zhì)量虧損輕核聚變重核裂變第二十一章量子論初步一、光電效應(yīng)1.現(xiàn)象：在光的照射下從物體表面發(fā)射出電子的現(xiàn)象

例1.實(shí)驗(yàn)中，在弧光燈與鋅板間加入一塊厚的透明玻璃板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則根據(jù)所學(xué)知識(shí)，你對(duì)于該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏鞒龅耐茢嗍牵ǎ〢．用可見光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．用弧光燈照射鋅板時(shí)，使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是其中的紫外線成份C．厚的透明玻璃板能吸收紫外線D．使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷2.光電效應(yīng)的規(guī)律：①任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率ν0；②光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率的增大而增大；③光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s；④當(dāng)ν>ν0時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．

（實(shí)驗(yàn)研究表明）3．光子說光電效應(yīng)方程愛因斯坦于1905年提出，在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量跟它的頻率成正比，，h叫普朗克恒量．

光電效應(yīng)方程：式中光電子的最大初動(dòng)能表示某種金屬逸出功

0例如圖21-4所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零，合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．由此可知陰極材料的逸出功為（）(A)1.9eV(B)0.6eV(C)2.5eV(D)3.1eVSEVμA二、光的波粒二象性物質(zhì)波1．光的波粒二象性干涉衍射現(xiàn)象波動(dòng)性光的康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)光壓粒子性光具有波粒二象性個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性康普頓效應(yīng)：碰撞前碰撞后①②電子A.=Ｂ.<C.可能沿圖中①方向D.可能沿圖中②方向一個(gè)光子與一個(gè)電子碰撞（假設(shè)碰前電子靜止），碰前光子頻率為，碰后為，則關(guān)于光子的頻率和碰后運(yùn)動(dòng)方向，下列說法正確的是（）2．物質(zhì)波1924年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意認(rèn)為任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有波動(dòng)性，這種波稱為物質(zhì)波．（h為普朗克常量，p為物體的動(dòng)量）物質(zhì)實(shí)物如質(zhì)子、電子等場(chǎng)如電場(chǎng)、磁場(chǎng)等(光是傳播著電磁場(chǎng)光子p=mv三、玻爾的原子模型能級(jí)玻爾原子理論的核心內(nèi)容是三個(gè)基本假設(shè):（1）能量量子化假設(shè)（2）軌道量子化假設(shè)（3）躍遷假設(shè)能級(jí)圖15-3氫原子的能級(jí)氫原子能級(jí)公式為：

，E1=-13.6eV包括電子的動(dòng)能和電勢(shì)能思考題：為什么每種元素都有自己的特征譜線？稀薄氣體發(fā)光形成的光譜叫原子光譜（又叫線狀譜），不同的元素的原子結(jié)構(gòu)不同，能級(jí)也不同，可能輻射的光子的頻率構(gòu)成也不同，因此每種元素的原子的光譜都有自已不同的特點(diǎn)，所以也叫特征譜線．因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成．這種方法叫光譜分析．例1、用光子能量為E的光束照射容器中的氫氣，氫原子吸收光子后，能發(fā)射頻率為ν1、ν2、ν3

的三種光子，且ν1＜ν2＜ν3。入射光束中光子的能量應(yīng)是[]（A）hν1

（B）h(ν1+ν2)（C）hν3

（D）h(ν1+ν2+ν3)圖15-3例2、原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí)，有可能不發(fā)射光子。例如在某種條件下，鉻原子的n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子，使之脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)。以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子。已知鉻原子的能級(jí)公式可簡(jiǎn)化表示為式中n=1，2，3…表示不同的能級(jí)，A是正的已知常數(shù)。上述俄歇電子的動(dòng)能是（）A.B.

C.

D.解：n=∞n=1n=2n=3n=4例3．在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，會(huì)產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能．已知陽極與陰極之間的電勢(shì)差U，普朗克常數(shù)h，電子電量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X光的（

）

A．最短波長(zhǎng)為

B、最長(zhǎng)波長(zhǎng)為

C、最小頻率為D、最大頻率為蓄電池解：應(yīng)選AD第二十一章原子核

一．原子的核式結(jié)構(gòu)原子核1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（2）實(shí)驗(yàn)裝置絕大多數(shù)α粒子穿過金箔幾乎，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)2、原子的核式結(jié)構(gòu)根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)，可以估算出原子核的大小為：10－15～10－14m核電子+-3．原子核的組成

質(zhì)子和中子組統(tǒng)稱核子．核力12α粒子++二．放射線原子核的衰變1．放射線1896年法國(guó)貝克勒爾對(duì)放射線的實(shí)驗(yàn)研究表明，存在三種不同性質(zhì)的射線Z>83都有放射性Z<83有的也具有放射性A．a(chǎn)為α射線、b為β射線B．a(chǎn)為β射線、b為α射線C．b為γ射線、c為α射線D．b為α射線、c為γ射線種類組成粒子衰變方程出射速度貫穿本領(lǐng)電離能力α射線氦核約c/10弱很強(qiáng)β射線電子接近c(diǎn)較強(qiáng)較弱γ射線光子伴隨α或β射線產(chǎn)生c最強(qiáng)很小三種不同射線性質(zhì)的比較：原子核由于放出α粒子或β粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯姾蓴?shù)質(zhì)量數(shù)守恒2．原子核衰變的半衰期某種放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，稱為這種元素的半衰期．衰變規(guī)律可用如下公式表示：或半衰期是一個(gè)對(duì)放射性元素的大量原子核而言的統(tǒng)計(jì)概念半衰期的長(zhǎng)短由核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)3．放射性的應(yīng)用與防護(hù)應(yīng)用：（1）利用它放射出的射線，如γ射線探傷等（2）做為示蹤原子，如確定腫瘤的部位和范圍過量的放射性對(duì)人體有傷害，應(yīng)把放射源放在重金屬箱內(nèi)，盡可能遠(yuǎn)離放射源．防護(hù)：放射性物質(zhì)的國(guó)際通用標(biāo)志三、核反應(yīng)核能1．核反應(yīng)原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)．質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒．發(fā)現(xiàn)中子發(fā)現(xiàn)質(zhì)子2．核能核反應(yīng)中放出的能量稱為核能.如光子能量2.2MeV質(zhì)量虧損質(zhì)能方程E＝mc2

ΔE＝Δmc2

釋放核能釋放核能的有效途徑？３．重核裂變輕核聚變0ZA核子平均質(zhì)量BCFED重核裂變輕核聚變經(jīng)典物理與近代物理物理學(xué)研究的對(duì)象：

思維方法物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)相互作用運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)手段高中物理課程近代物理初步力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)經(jīng)典物理19世紀(jì)以前宏觀低速相對(duì)論★量子論原子核19世紀(jì)末20世紀(jì)初微觀高速理論和實(shí)踐表明：但守恒定律仍然適用，如動(dòng)量守恒、能量守恒、電荷守恒等．在高中物理中，作為一些特例，在經(jīng)典理論中的一些物理模型在微觀領(lǐng)域仍（近似）有效．如α粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子核衰變等。實(shí)際就是討論帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)典物理理論在微觀領(lǐng)域不適用例4、一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)α粒子．已知鈾核的質(zhì)量為3.853131×10-25千克，釷核的質(zhì)量為3.786567×10-25千克，α粒子的質(zhì)量為6.64672×10-27千克．（1）在這個(gè)衰變過程中釋放出的能量等于多少焦？(保留兩位數(shù)字)．（2）設(shè)上述衰變是在一邊界為圓形的半徑R=0.2m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生的，且衰變前鈾核靜止于圓心，衰變過程中釋放出的能量都轉(zhuǎn)化為動(dòng)能．欲使衰變產(chǎn)物釷核和α粒子均不飛出磁場(chǎng)，則該磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B至少多大？

解：（1）設(shè)釷核質(zhì)量為M，α粒子的質(zhì)量為m，由動(dòng)量守恒和能量守恒得vαVTrR〖題后評(píng)說〗通常發(fā)生α衰變時(shí)還伴隨著放出光子，這樣衰變發(fā)生時(shí)α粒子與反沖核的動(dòng)量大小相等，方向相反就不成立，衰變時(shí)由于質(zhì)量虧損而釋放的核能也不僅是轉(zhuǎn)化為α粒子與反沖核的動(dòng)能，因?yàn)楣庾右簿哂心芰亢蛣?dòng)量．因此上述計(jì)算只是近似的簡(jiǎn)化處理．題后評(píng)說：例6、兩氘核發(fā)生聚變反應(yīng)：已知：mD=2.0136u，mHe=3.0150u，mn=1.0087u(1)求核反應(yīng)中釋放的核能(2)若兩氘核以相等的動(dòng)能0.35MeV進(jìn)行對(duì)心碰撞，假設(shè)核能全部轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動(dòng)能(3）假設(shè)反應(yīng)中產(chǎn)生的氦核沿直線向原子來靜止的碳核接近，受庫(kù)侖力的影響，當(dāng)它們距離最近時(shí)，兩個(gè)原子核的動(dòng)能各是多少？質(zhì)量1u對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV解：氘核氘核pp++氦核中子++碳核++設(shè)最接近時(shí)共同速度為V+碳核氦核中子+③例5、太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段．它主要是由電子和、等原子核組成.維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能．根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽中的核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10％，太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段．為了簡(jiǎn)化，假定目前太陽全部由電子和核組成，太陽的質(zhì)量M＝2×1030kg（1）已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.6726×10－27kg，質(zhì)量mα＝6.645