【半成品】原子物理讲义new

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1、原子物理知识体系一、光的波粒二象1.黑体辐射理论热辐射：一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。能量子：普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。当带电微粒辐射或吸收能量时，也以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收。这个不可再分的最小能量值叫能量子。，h为普朗克常量，是电磁波的频率。黑体辐射的实验规律：如图所示，由图可知：随着温度的升高，①各种波长的辐射强度都会增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2.光的粒子性光电效应定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象叫做光电效应。逸出

2、的电子叫光电子。实验规律：存在饱和光电流、遏止电压和截止频率，光电效应具有瞬时性。爱因斯坦光电效应方程23①光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的每个光子的能量为，这些能量子为光子。②逸出功（）：使电子脱离某金属表面所做的功的最小值。③数学表达式：康普顿效应在散射光中，波长变长的现象。注意：光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。3.光电效应实验规律（特别重要）电路图如图所示：（1）存在饱和光电流在光照不变时，所加电压增大，光电流增大、当电流增大到一定值时，即使电压再增大，电流也不再增大，达到一个饱和值。如图所示。入射光越强，饱和光电流越大，说明入射光越强，单位时间内

3、发射光电子数越多。（2）存在着遏止电压和截止频率使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压。，为光电子的最大初速度，同一频率的光，遏止电压相同，与光强弱无关。入射光的频率减小到某一值时，23减小到零，即不施加反向电压也没有光电流，称为截止频率或极限频率。光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属的截止频率不同。（3）光电效应具有瞬时性当时，无论光多微弱，也会产生光电效应，光电子的发射时间不超过s。光电效应中的重要结论经典电磁理论只能解释：光越强，光电流越大。按照光的经典电磁理论，还应得出如下结论：①光越强，光电子的初动能应该

4、越大，所以遏止电压应与光的强弱有关；②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出金属表面，不应存在截止频率；③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于s，所有这些结论都与实验结果相矛盾。此外，对于遏止电压与光的频率的关系，经典电磁理论更是无法解释。4.光的粒子性光子说很好地解释了光电效应的规律（1）爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的初动能与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。（2）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时发生的。

5、（3）光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子数越多，因而饱和电流越大。光子说十分成功地解释了康普顿效应23X射线的光子不仅具有能量，也具有动量，与晶体中的电子碰撞，要遵守能量和动量守恒定律。当入射的光子与电子碰撞时，损失一部分动量给电子，动量变小，由，变大，所以散射光中有些光子波长变大。如图所示。5.光的波粒二象性和物质波光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性。物质波：实物粒子（如电子、质子等）也具有波动性。频率，波长。概率波：光波是一种概率波。光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。个别光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性。不确定性：，h为普朗克常量，表示粒

6、子位置的不确定量，表示粒子在x方向上的动量的不确定量。光的本性学说发展史上的五个学说（了解）（1）牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流。它能解释光的直进现象、光的反射现象。（2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播。它能解释光的干涉和衍射现象。（3）麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波。实验依据是赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。23（4）爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量与它的频率成正比，即。光子说能成功地解释光电效应现象。（5）德布罗意的波粒二象性学说：认为光是既有粒子性，又有波动性。个别光子表现为粒子性，大量光子的

7、行为表现为波动性；频率大的光子粒子性明显，而频率小的光子波动性明显。二、原子结构1.电子的发现阴极射线的发现：19世纪，科学家研究稀薄气体放电，发现阴极发出一种射线——阴极射线。电子的发现：汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定出它的荷质比，之后用油滴实验测定了它的电量，确定它是组成各种物质的基本成分，称之为电子。电子的发现说明原子也是有结构的。2.原子的核式结构模型粒子散射实验（1）实验装置（2）实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很