高中物理选修3-5原子物理部分知识复习总结.pdf
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1、高中物理选修3-5 原子物理部分总结 章节名称定义(内容)补充 第 十 七 章 波 粒 二 象 性 第一节 能量量 子化 黑体与黑体辐射 热辐射: 一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体温 度有关。 黑体:如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电 磁波而不发生反射, 这种物体就是绝对黑体,简称黑体。 黑体辐射的实验 规律 随着温度的升高,一方面, 各种波长的辐射强度都有增 加;另一方面, 辐射强度的极大值向波长较短的方向移 动。 黑体辐射公式 (辐射强度按波 长分布的理论公 式) 维恩公式 :短波区与实验非常接近,长波区则与实验偏 离很大。(德国物理学家维恩 1896 年提出) 瑞利公式 (
2、瑞利金斯公式): 长波区与实验基本一致, 短波区与实验严重不符,不但不符, 而且当波长趋于零 时,辐射强度竟变成无穷大,这显然是荒谬的。由于波 长很小的辐射处于紫外线波段,故而由理论得出的这种 荒谬结果被认为是物理学理论的灾难,当时被称为 紫外 灾难 。(英国物理学家瑞利 1900 年提出,被金斯修正) 能量子 不可再分的最小能量值叫做能量子。 为了得出同实验 相符得黑体辐射公式,德国物理学家普朗克 于 1900 年 底提出,于1918 年因此获得诺贝尔物理学奖。 hv h=6.626 10 -34 Js 单位: J v单位: s -1 第二节 光的粒 子性 光电效应的实验 规律 1、 照射到
3、金属表面的光能使金属中的电子从表面逸出, 这个现象称为光电效应,这种电子常被称为光电子。 2、存在着饱和电流。 3、入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。 4、存在这遏止电压Uc和截止频率 c v 。 5、光电子的能量只与入射光的频率有关。 6、当入射光的频率减小到某一数值 cv 时,即使不施加 反向电压也没有光电流,这表面已经没有光电子了, c v 称为截止频率。 7、入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 8、 光电效应具有瞬时性,产生电流的时间不超过10 -9 s。 c 2 c 2 1 eU me 逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值叫做这种金属的 逸出功,用W0表示。 光电
4、效应解释中 的疑难(按照光 的电磁理论) 1、 光越强,光电子的初动能越大,所以遏止电压应该 与光的强弱有关。 2、 不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可以获 得足够能量从而逸出表面,不应存在截止频。 3、 如果光很弱,按经典电磁理论估算的时间远远大于 实验结果。 爱因斯坦的光电 效应方程 频率为v的光的能量子为hv,h为普朗克常量, 这些能 量子被称为光子。犹太裔物理学家爱因斯坦 于 1905 年 提出,于1921 年因此获得诺贝尔物理学奖。光电效应 表明光子具有能量,粒子性。 0 WhvEk 从 1907 起,美国物理学家密立根测量光电效应中几个 重要的物理量,检验了爱因斯坦光电效应方
5、程的正确 性。 康普顿效应 1、 光在介质中与物质相互作用,因而传播方向发生改 变,这种现象叫做光的散射。 2、 石墨对 X射线的散射实验中,散射的X射线除了与 入射波长 0 相同的成分外,还有波长大于 0 的成 分,这个现象称为朗普顿效应。 3、 光子除了具有能量之外还具有动量。 美国物理学家 康普顿 于 1923 年提出,于 1927 年因此获 得诺贝尔物理学奖。 中国留学生吴有训测试了多 种物质对X 射线的散射,证 实了康普顿效应的普遍性。 光子的动量 h p 第三节 粒子的 波动性 光的波粒二象性 1801 年,英国物理学家托马斯杨,观察到了光的干 涉现象; 19 世纪初,法国物理学家
6、菲涅耳,观察到了光的衍射 现象; 19 世纪初,法国物理学家马吕斯,观察到了光的偏振 现象; 19 世纪 60 年代,英国物理学家麦克斯韦,从理论上确 认了光的电磁波本质(电磁理论); 1887 年,德国物理学家赫兹发现了光电效应; 干涉现象 :两列或几列光波 在空间相遇时相互叠加,在 某些区域始终加强,在另一 些区域则始终削弱,形成稳 定的强弱分布的现象。证实 了光具有波动性。 衍射现象 : 光在传播过程中, 遇到障碍物或小孔时,光将 偏离直线传播的路径而绕到 障碍物后面传播的现象。证 实了光具有波动性。 1905 年,犹太裔物理学家爱因斯坦提出爱因斯坦光子 理论,光电效应方。 光的微粒说光
7、的波动说光的电磁理论光子理论 光既具有波动性又具有粒子性。 偏振现象 :振动方向对于传 播方向的不对称性。它是横 波区别于纵波的一个最明显 的标志,只有横波才有偏振 现象,证实了光的横波性。 粒子的波动性 实物粒子具有波动性,即每一个运动的粒子都与一个对 应的波相联系, 而且粒子的能量和动量跟它所对应的波 的频率和波长之间也像光子一样遵从规律,这种与实物 粒子相联系的波称为德布罗意波,也叫物质波。1924 年法国物理学家德布罗意 在博士论文中大胆地把光的 波粒二象性推广到实物粒子,于1929 年因此获得诺贝 尔物理学奖。 h v p h 物质波的实验验 证 1912 年,德国物理学家劳厄利用晶
8、体中排列规律的物 质微粒作为衍射光栅,检验了伦琴射线的波动性,证实 了伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 1927 年,美国物理学戴维孙和英国物理学家GP汤 姆孙分别利用晶体做了电子衍射的实验,证实了电子的 波动性。他们为此获得了1937 年的诺贝尔物理学奖。 除电子外,后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分 子的波动性。 只有缝、孔的宽度或障碍物 的尺寸跟波长相差不多或者 比波长更小时,才能观察到 明显的衍射现象。 第四节 概率波 经典的粒子和经 典的波 经典粒子具有频率和波长的特征。 概率波 1926 年德国物理学家玻恩 指出,一个光子通过狭缝后, 虽然不能肯定某个光子落在哪一点,但
9、由屏上各处明暗 不同这个事实可以推知,光子落在各点的概率是不一样 的,即落在明纹处的概率大,落在暗纹处的概率小。这 就是说, 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确 定。光是一种概率波。 第五节 不确定 性关系 不确定性关系 不能准确的知道单个粒子的运动情况。 1927 年,德国物理学家海森伯 提出了不确定性关系, 他于 1932 年获得了诺贝尔物理学奖。 4 h px 物理模型与物理 现象 量子力学 关于微观粒子运动规律的基本理论。 微观粒子表现出一系列不同于宏观颗粒的性质,其根本 原因是微观粒子具有波粒二象性。 1913 年,在量子力学建立之前,丹麦物理学家玻尔 根 据普朗克、 爱因斯坦
10、等提出的量子概念建立了前期量子 论; 1925 年,德国物理学家海森伯 发展了矩阵力学; 1926 年,奥地利物理学家薛定谔 根据德布罗意的波粒 二象性假说建立了波动力学,后又证明矩阵力学和波动 力学在数学上是等价的,于是两种理论融合为量子力 学;之后又由 狄拉克 等人的进一步发展。 高中物理选修3-5 原子物理部分总结 章节名称定义(内容)补充 第 十 八 章 原 子 结 构 第一节 电子的 发现 阴极射线 1858 年,德国物理学家普吕克尔 实验中,使玻璃管壁上产生荧 光的射线。 1876 年,德国物理学家戈德斯坦 把该射线命名为阴极射线。 电子的发现 电子是组成阴极射线的粒子,电荷是量子
11、化的。 1890 年, 舒斯特 测出了阴极射线微粒的比荷; 1897 年, 考夫曼 测出了阴极射线微粒的比荷; 1897 年,英国物理学家J J 汤姆孙 证实阴极射线的本质是带负电 的粒子流并求出这种粒子的比荷,发现了电子; 19091913 年,美国物理学家密立根 通过“油滴实验”精确测定 电子电荷。 e1.610-19C me910-31kg 质子质量是电子 质量的 1836 倍。 第二节 原子的 核式结 构模型 核式结构模型之 前 1898 年,英国物理学家J J 汤姆孙 提出了 “枣糕模型”(也叫“西 瓜模型”); 1903 年, 勒纳德 让电子束射到金属膜上,发现高速的电子很容 易穿
12、过原子,说明原子不是一个实心球体。 粒子散射实验 (核式结构模 型) 绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少 数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90 。 该实验于1909 年,由英籍物理学家卢瑟福 指导他的学生盖革 和 马斯顿 进行的。 基于此实验, 1911 年,英籍物理学家卢瑟福 提出来了自己的原 子结构模型,被称为核式结构模型。 原子核的电荷与 尺度 核半径m 15 10,原子半径m 10 10 。 原子核的半径无法直接测量,一般通过其他粒子与核的相互作用 来确定, 粒子散射是估计核半径的最简单的方法。 第三节 氢原子 光谱 光谱 光谱是一条条量线的叫线状谱,光
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