1、光電效應、量子理論、原子及原子核物理（專題復習）一、光的波動性（略）、光的粒子性1、光電效應（1）光電效應在光（包括不可見光）的照射下，從物體發射出電子的現象稱為光電效應。光電管光電管2）光電效應的實驗規律裝置：任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發生光電效應，低于極限頻率的光不能發生光電效應。光電子的最大初動能與入射光的強度無關，光隨入射光頻率的增大而增大。大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強度（反映單位時間發射出的光電子數 的多少），與入射光強度成正比。金屬受到光照，光電子的發射一般不超過 109秒。2、波動說在光電效應上遇到的困難 波動說認為：光的能量即光的

2、強度是由光波的振幅決定的與光的頻率無關。所以 波動說對解釋上述實驗規律中的條都遇到困難3、光子說（1）量子論：1900 年德國物理學家普郎克提出：電磁波的發射和吸收是不連續的，而是一份一份的，每一份 電磁波的能量 E=hv（2）光子論：1905 年受因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子， 光子具有的能量與光的頻率成正比。即：E=hv,其中h為普郎克恒量h=6.63X 10-34j.s4、光子論對光電效應的解釋 金屬中的自由電子，獲得光子后其動能增大，當功能大于脫出功時，電子即可脫離金屬表面，入射光的 頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量才能越大，飛出時最大

3、初功能也越大。三、波粒二象性1、光的干涉和衍射現象，說明光具有波動性，光電效應，說明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、個別粒子顯示出粒子性，大量光子顯示出波動性，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經典波和經典粒子的概念不同（1）光波是幾率波，明條紋是光子到達幾率較大，暗條紋是光子達幾率較小這與經典波的振動疊加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不連續性，能量是一份一份的光子，沒有一定的形狀，也不占有一定空間，這 與經典粒子概念有所不同原子和原子核原子和原子核一、原子結構：1、電子的發現和湯姆生的原子模型1）電子的發現：1897年英國物理學家湯姆生，對陰

4、極射線進行了一系列的研究，從而發現了電子。電子的發現表明：原子存在精細結構，從而打破了原子不可再分的觀念。（2）湯姆生的原子模型：1903 年湯姆生設想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷啟射源 金箔中。啟射源 金箔2、Q粒子散射實驗和原子核結構模型（1）Q粒子散射實驗：1909年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成.裝置：現象:絕大多數a粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發生偏轉。有少數a粒子發生較大角度的偏轉有極少數以粒子的偏轉角超過了 90度，有的幾乎達到180度，即被反向彈回。2）原子的核式結構模型：由于a粒子的質量是電子質量的七千多倍，所以電子不

5、會使a粒子運動方向發生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對a粒子的運動產生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分 布，穿過金箔的a粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，a粒了運動將不發生明顯改變。散射實驗現象證明, 原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。1911年，盧瑟福通過對a粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核, 稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉。原子核半徑小于10-14m，原子軌道半徑約1O-1om。3、玻爾的原子模型（1）原子核式結構模型與經典電磁理論的矛盾（兩方面）電子繞核

6、作圓周運動是加速運動，按照經典理論，加速運動的電荷，要不斷地向周圍發射電磁波，電子 的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩定的事實相矛盾。電子繞核旋轉時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核旋轉的頻率，隨著旋轉軌道的連續變小，電子輻射的 電磁波的頻率也應是連續變化，因此按照這種推理原子光譜應是連續光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。（ 2）玻爾理論 上述兩個矛盾說明，經典電磁理論已不適用原子系統，玻爾從光譜學成就得到啟發，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假設：定態假設：原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖然做加速運動, 但并不向外在輻射

7、能量，這些狀態叫定態。躍遷假設：原子從一個定態（設能量為E ）躍遷到另一定態（設能量為E ）時，它輻射成吸收一定頻率的光子,21光子的能量由這兩個定態的能量差決定，即 hv=E2-E1軌道量子化假設，原子的不同能量狀態，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續因而電子可能軌道的 分布也是不連續的。即軌道半徑跟電子動量mv的乘積等于h/2兀的整數倍，即：軌道半徑跟電了動量mv的乘積等h于h/ 2兀的整數倍，即mvr二nn二1、2、3n為正整數，稱量數數（3）玻爾的氫子模型：氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設基礎上，利用經典電磁理論和牛頓力學，計算出氫原和電子軌道半徑r和電子軌道半

8、徑rn分別為：氫原 子中電子在第幾條可能軌道上運動時， 氫原 子的 能量 E ， niin n = 1、2、r = n2rn1其中E、r為離核最近的第一條軌道（即n=l）的氫原子能量和軌道半徑。即: E= 13.6ev, r =0.53X 10-im（以1 1 1 1 電子距原子核無窮遠時電勢能為零計算）氫原子的能級圖：氫原子的各個定態的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的表示出來即能 級圖。M=ca0m=4 -0.85evh= 3 -1.51evm= 23.斗即n= 1 -13.6ev其中 n=1 的定態稱為基態。 n=2 以上的定態，稱為激發態。二、原子核1 、天然放射現象（ 1

9、）天然放射現象的發現： 1896 年法國物理學，貝克勒耳發現鈾或鈾 礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片 感光。放射性：物質能發射出上述射線的性質稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素 天然放射現象：某種元素白發地放射射線的現象，叫天然放射現象 天然放射現象：表明原子核存在精細結構，是可以再分的2）放射線的成份和性質：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如圖（ 1）：成份組成性質電離作用貫穿能力a射線氦核組成的粒子流很強很弱0射線高速電子流較強較強丫射線咼頻光子很弱很強2、原子核的衰變：（1）衰變：原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的變化

10、稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數和質量數 守恒類型衰變方程規律a 衰變mtn-4 I 4ttpzz-2v+2HeJ電荷數減少2 新核1質量數減少40衰變、J電荷數增加1 新核（質量數不變丫射線是伴隨a、P衰變放射出來的高頻光子流在卩衰變中新核質子數多一個，而質量數不變是由于反映中有一個中子變為一個質子和一個電子，即:(2)半衰期：放射性元素的原子核的半數發生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。一放射性元素，測得質量為m,半衰期為T，經時間t后，剩余未衰變的放射性元素的質量為mmm = o2t/T3、原子核的人工轉變:原子核的人工轉變是指用人工的方法(例如用高速粒子轟擊原子核)使原子核發生轉

11、 變。(1)質子的發現：1919年，盧瑟福用a粒子轟擊氦原子核發現了質子。14 N+4HeT 170+ 1H7281(2)中子的發現：1932年，查德威克用a粒子轟擊鈹核，發現中子。汩亡+陽亡一罪+汕4、原子核的組成和放射性同位素原子核的組成：原子核是由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子在原子核中：質子數等于電荷數核子數等于質量數中子數等于質量數減電荷數放射性同位素：具有相同的質子和不同中子數的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素 叫放射性同位素。正電子的發現：用a粒子轟擊鋁時，發生核反應。Al + He一器 P + ；n誇P發生+卩衰變，放出正電子iP三、核能：1、核能：核子結

12、合成的子核或將原子核分解為核子時，都要放出或吸收能量，稱為核能。例如：H+F痕+枷；H+Jn一jH+r2、質能方程：愛因斯坦提出物體的質量和能量的關系：E = mc 2質能方程3、核能的計算：在核反應中，及應后的總質量，少于反應前的總質量即出現質量虧損，這樣的反就是放能反應，若反應后的總質量大于反應前的總質量，這樣的反應是吸能反應。吸收或放出的能量，與質量變化的關系為：AE二Amc2例：計算Am = 1卩=1.6606 x 10切kg的質量相當的能量AE = ?AE = Am - c 2=16606 x 10-27 x(2.9979 x 108)=14924 x 10-10 J=0.9315

13、x 109 (ev)=9315(mev)為了計算方便以后在計算核能時我們用以下兩種方法方法一：若已知條件中Am以千克作單位給出，用以下公式計算AE = Am - c 2公式中單位： Amkg; Cm / s; AE = J方法二：若已知條件中Am以卩作單位給出，用以下公式計算AE = Dm x 931.5(Mev / m)公式中單位： Dmkg ； AE = Mev4、釋放核能的途徑裂變和聚變(1)裂變反應：裂變：重核在一定條件下轉變成兩個中等質量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。例如：袞U+止一觴Sf+攀掃鏈式反應：在裂變反應用產生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應繼續下去。Ja)裂變物質的體積，超過臨界體積鏈式反應的條件：|b)有中子進入裂變物質益5 U裂變時平均每個核子放能約iMev能量lkg益5U全部裂變放出的能量相當于2500噸優質煤完全燃燒放出能量2)聚變反應：聚變反應