1、光電效應(yīng)量子理論原子原子核物理一、光的粒子性1 .光電效應(yīng)(1)光電效果：通過光(包括不可見光)的照射從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效果。(2)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)則：設(shè)備：所有金屬都有極限頻率，入射光的頻率如果不大于該極限頻率就不會產(chǎn)生光電效果。 低于極限頻率的光不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電子的最大初始動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨著入射光的頻率變大，光變大。極限頻率以上的光照射到金屬上時，光電流強(qiáng)度(反映每單位時間發(fā)射的光電子數(shù)的多寡)與入射光強(qiáng)度成正比。金屬接受光，光電子的發(fā)射一般在10-9秒以下。2、波動是指遇到光電效應(yīng)的困難在波動說中，認(rèn)為光的能量即光的強(qiáng)度與由光波的振幅決定的光的頻率無關(guān)。 波動說

2、說明上述實(shí)驗(yàn)規(guī)律條有困難3、光子說(1)量子論： 1900年德國物理學(xué)家普朗克認(rèn)為，電磁波的輻射和吸收不連續(xù)，為一份，每份電磁波的能量E=hv(2)光子論： 1905年愛因斯坦提出：在空間中傳播的光也不連續(xù)，一部分稱為光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。即，E=hv，其中h是普朗克常數(shù)h=6.6310-34Js(3)光電效應(yīng)方程式Ek=hv-W4 .光子論對光電效應(yīng)的解釋金屬中的自由電子在獲得光子時動能增大，功能大于脫離功能時，電子從金屬表面脫離，入射光的頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量越大，飛出時的最初功能也越大。二、波粒二象性1、光的干涉和衍射現(xiàn)象顯示光具有波動性，光電效應(yīng)顯示光具

3、有粒子性，因此光具有粒子二象性。2、個別粒子顯示粒子性，大量光子顯示波動性，頻率越低波動性越顯著，頻率越高粒子性越顯著3、光的波動性和粒子性與古典波和古典粒子的概念不同(1)光波是概率波，明條紋光子到達(dá)概率大，暗條紋光子到達(dá)概率小，與古典波的振動重疊原理不同(2)所謂光的粒性，是指光的能量不連續(xù)，能量是光子的一部分，沒有一定的形狀，也沒有占有空間，這與古典的粒子的概念不同原子和原子核一、原子結(jié)構(gòu)：1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆森的原子模型：(1)電子的發(fā)現(xiàn)：1897年英國物理學(xué)家湯姆森對陰極射線管進(jìn)行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)表明，原子存在微細(xì)的結(jié)構(gòu)，又能再分割，打破了原子不可再分割的觀念。(

4、2)湯姆森的原子模型：1903年假設(shè)湯姆是原子帶電荷的小球，其正電荷均勻分布在球中，帶負(fù)電荷的電子嵌入正電荷中。2 .粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核結(jié)構(gòu)模型(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)： 1909年，盧瑟福和助手蓋格斯通完成裝置：現(xiàn)象：a .大部分粒子通過金箔后，向原來的方向運(yùn)動，不偏轉(zhuǎn)。b .少數(shù)粒子以大角度偏轉(zhuǎn)c .極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90度，有的幾乎達(dá)到180度，向反方向反彈。(2)原子的核結(jié)構(gòu)模型：由于粒子質(zhì)量在電子質(zhì)量的七千倍以上，電子不明顯地改變粒子的運(yùn)動方向，只有原子中的正電荷可能對粒子的運(yùn)動產(chǎn)生顯著的影響。 如果原子上分布正電荷，則像湯姆森模型一樣均勻分布，通過金箔的粒子接受正電荷的力在各方向上

5、平衡，粒子的運(yùn)動不明顯變化。 散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明原子中的正電荷在原子中不均勻分布。1911年，盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析計(jì)算提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心存在一個叫做原子核的小核，原子核聚集了原子的正電荷和幾乎所有的質(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外的空間圍繞核旋轉(zhuǎn)。原子核半徑小于10-14m，原子軌道半徑約為10-10m。3、沃爾沃的原子模型(1)原子核式結(jié)構(gòu)模型和古典電磁理論的矛盾(兩面)a .電子圍繞核的運(yùn)動是加速運(yùn)動，根據(jù)經(jīng)典理論，加速運(yùn)動的電荷，不斷向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量減少，最后電子落入原子核，這與原子總是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。b .電子繞核時發(fā)射的電磁波的頻率必須與電子繞核的頻率相同

6、。 電子發(fā)射的電磁波的頻率應(yīng)該隨著旋轉(zhuǎn)軌道連續(xù)變小而連續(xù)變化，所以根據(jù)這種推論，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜，這種原子光譜實(shí)際上是線性光譜是矛盾的。(2)玻爾理論上述兩個矛盾表明古典的電磁理論不適用于原子系統(tǒng)，波爾德從光譜學(xué)的成果中得到了啟發(fā)，揭示了利用普朗克能量化的概念，提出了三個假說穩(wěn)態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)。 在這些狀態(tài)下，原子很穩(wěn)定，電子進(jìn)行加速運(yùn)動，但沒有向外部放射能量，這些狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。遷移的假設(shè)：原子從一個穩(wěn)態(tài)(能量為E2 )遷移到另一個穩(wěn)態(tài)(能量為E1 )時，它吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個穩(wěn)態(tài)的能量差決定，hv=E2-E1軌道量化假設(shè)，原子的不同能量狀態(tài)

7、對應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道。 原子的能量不連續(xù)，電子的可能軌道的分布也不連續(xù)。 即，軌道半徑和電子運(yùn)動量mv之積是h/2的整數(shù)倍，即軌道半徑和電運(yùn)動量mv之積是h/的整數(shù)倍，即n是正整數(shù)(3)沃爾沃氫分子模型：氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾基于三個假設(shè)，利用經(jīng)典的電磁理論和牛頓力學(xué)，計(jì)算氫原子核外的電子的各軌道半徑和電子在各軌道運(yùn)行時的原子能量(包括電子的動能和原子的熱能)。 (請參見。)當(dāng)氫原子中的電子在幾個可能的軌道上移動時，氫原子的能量En和電子軌道半徑rn分別如下其中，E1、r1是離核最近的第一軌道(即n=1)的氫原子能和軌道半徑。 即E1=-13.6ev，r1=0.5310-10

8、m (電子從原子核無限遠(yuǎn)離時的電勢為零計(jì)算)氫原子的能級圖：氫原子的各穩(wěn)態(tài)能級、氫原子的能級。 以能量的大小用圖像表示的能量水平圖。在此，將n=1的穩(wěn)定狀態(tài)稱為基態(tài)。 n=2以上的穩(wěn)態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。二、原子核1 .天然輻射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)： 1896年法國物理學(xué)，貝克發(fā)現(xiàn)有鈾和鈾礦石的人發(fā)射看不見的放射線。 這種放射線透過黑紙使照片膠卷感光。放射性：物質(zhì)能放出上述放射線的性質(zhì)叫做放射性。放射性元素：具有放射性的元素被稱為放射性元素天然放射現(xiàn)象：某些元素向白發(fā)放射放射線的現(xiàn)象被稱為天然放射現(xiàn)象自然放射現(xiàn)象：表示原子核存在微細(xì)結(jié)構(gòu)，可以再分割(2)放射線的成分和性質(zhì)：用電場和磁場研究從放

9、射性元素放射的放射線，在電場中追尋軌跡的圖(1)；性質(zhì)成分構(gòu)成要素電離作用貫通能力放射線由氦核構(gòu)成的粒子流0.1c很強(qiáng)軟弱放射線高速電子流0.99c很強(qiáng)很強(qiáng)放射線高頻光子c軟弱很強(qiáng)2 .原子核的衰變：(1)衰變：原子核釋放出某種粒子后變成新核的變化稱為衰變，原子核衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)被保存類型衰變方程法則衰退新核衰退新核放射線是伴隨崩潰而放射的高頻光子流，崩潰產(chǎn)生的新原子核以高能量水平遷移產(chǎn)生。衰變中新的核質(zhì)子數(shù)在1個以上，質(zhì)量數(shù)不變，是因?yàn)榉磻?yīng)中中子分裂變成質(zhì)子和電子(2)半衰期：放射性元素的一半原子核崩潰所需的時間，稱為該元素的半衰期。放射性元素，測定質(zhì)量為m，半衰期為t，隨著時間t的

10、流逝，殘留的未衰變放射性元素的質(zhì)量在m半衰期不變化，且大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，少數(shù)原子核沒有半衰期的概念。3、人工轉(zhuǎn)換原子核：人工轉(zhuǎn)換原子核是指用人工方法(如用高速粒子使原子核碰撞)轉(zhuǎn)換原子核。(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)： 1919年，盧瑟福用粒子碰撞氦原子核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。(2)中子的發(fā)現(xiàn)： 1932年，查德威克用粒子撞擊鈹核，發(fā)現(xiàn)了中子。4、原子核的組成和放射性同位素(1)原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核在原子核，質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)核數(shù)等于質(zhì)量數(shù)中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去電荷數(shù)(2)放射性同位素：具有相同質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子稱為同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素稱為放射性同位素。正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子碰撞鋁時，會發(fā)生核反應(yīng)。崩潰，放出正電子三、原子能：原子力：核結(jié)合后的子核和原子核分解成核時，必須放出能量或吸收能量。比如說2、質(zhì)量方程式：愛因斯坦提出了物體質(zhì)量與能量的關(guān)系： 質(zhì)量方程式3、原子力的計(jì)算：在核反應(yīng)中，并且反應(yīng)后的總質(zhì)量比反應(yīng)前的總質(zhì)量少時會發(fā)生質(zhì)量損失，這種反應(yīng)是放射能反應(yīng)，反應(yīng)后的總質(zhì)量比反應(yīng)前的總質(zhì)量大時，這種反應(yīng)是能量吸收反應(yīng)。吸收或放出的能量和質(zhì)量變化的關(guān)系如下4 .解放原子能的途徑分裂和匯集(1)裂變反應(yīng)-控制原子彈、反應(yīng)堆裂變：重核在一定條件下變成兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)稱為原子核的