发布时间 : 星期六 文章2014年高二下学期中考复习材料（原子物理） - 图文更新完毕开始阅读
2014年郑裕彤中学高二下学期期中考试复习材料
波粒二象性
一、光电效应
1．定义：在光的照射下从物体发射出 电子 的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率 大于 极限频率． 3．光电效应规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的 频率 必须大于这个极限频率才能产生光电效应．
(2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关，只随入射光频率的增大而 增大 ．
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
(4)当入射光的频率大于极限频率时， 光电流 的强度与入射光的强度成正比． 二、光电效应方程 1．基本物理量
(1)光子的能量：ε＝hν其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 最小值 ． (3)最大初动能 发生光电效应时，金属 表面上 的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的 最大值 ． 2．光电效应方程
爱因斯坦光电效应方程是根据 能量 守恒定律推导出来的．描述的是光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W之间的关系：Ek＝ hν－W 三、波粒二象性 1．光的波粒二象性
(1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有 波粒二象性 ． (2)大量光子运动的规律表现出光的 波动 性，单个光子的运动表现出光的 粒子 性． (3)光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象．光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强．
四、正确理解光电效应规律中的两个关系 1．光电子的最大初动能与入射光频率的关系
光电子的最大初动能Ek，随入射光频率ν的增大而增大；由爱因斯坦光电效应方程知：Ek＝hν－W.
对于某一金属而言，逸出功W是一定值，普朗克常量h是一常数，故从上式可以看出，最大初动能Ek与入射光频率ν成一次函数关系，但不是成正比的，函数图象如图.
当光照射到金属表面上时，能量为E的光子被电子所吸收，电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，剩余部分就是电子离开金属表面时的初动能． (1)由爱因斯坦的光电效应方程可知，只有当光子的能量hν≥W时才会有光电效应 讲解：极限频率~~
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金属的逸出功不同，因此不同金属对应的极限频率也不同． (2)电子吸收光子后能量立即增大hν，不需要能量的积累过程．因此光电效应的发射几乎是瞬时的．
(3)电子每次只吸收一个光子，从能量守恒可知，光电子的最大初动能Ek＝hν－W，且Ek随频率的增大而增大，与光的强度无关． 2．光电流的大小跟入射光强度成正比
光电流的大小是由单位时间内从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目由入射光子的数目决定，而与光子的频率无关．
原子结构
（一）电子的发现 1、阴极射线
（1）产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。
（2）阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光。 2、汤姆孙的发现
（1）阴极射线电性的发现
（2）测定阴极射线粒子的比荷。 （二）原子的核式结构 1、汤姆孙的枣糕式模型 2、粒子散射实验
1909～1911年卢瑟福和他的助手做了用α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现。
（1）实验装置（如图18－2－2所示） （2）实验结果
绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，极少数粒子被反向弹回。 3、原子的核式结构
卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散射实验现象，如图18－2－3所示。
按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转。
（三）氢原子光谱
1、发射光谱：物质发光直接产生的光谱
从实际观察到的物质发光的发射光谱可分为连续谱和线状谱。
（1）连续谱：连续分布着的包含着从红光到紫光的各种色光的光谱。 产生：是由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的。
（2）线状谱：只含有一些不连续的亮线的光谱，线状谱中的亮线叫谱线。 产生：由稀薄气体或金属蒸气（即处于游离态下的原子）发光而产生的，观察稀薄气体放电用光谱管，观察金属蒸气发光可把含有该金属原子的物质放到煤气灯上燃烧，即可使它们汽化后发光。
2、吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质后，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱。
产生：由炽热物体（或高压气体）发出的白光通过温度较低的气体后产生。 3、光谱分析
各种元素的原子都有自己的特征谱线，如果在某种物质的线状谱或吸收谱中出现了若干种元素的特征谱线，表明该物质中含有这种元素的成分，这种对物质进行化学组成的分析和鉴别的方法称为光谱分析。
其优点：灵敏、快捷、检查的最低量是10－10克。 4、光谱分析的应用
（1）光谱分析在科学技术中有着广泛的应用，例如，在检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求时，就要用到光谱分析。
（2）历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素，例如，铷和铯就是人们通过分析光谱中的特征谱线而发现的。
（3）利用光谱分析可以研究天体的物质成分， （4）光谱分析还能鉴定食品的优劣。 （5）用光谱分析还可以鉴定文物。 5、氢原子光谱的实验规律
氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。
（1）氢原子的光谱
（2）巴耳末公式：
n ＝ 3，4，5?
（四）玻尔的原子模型 1、玻尔模型
玻尔理论有三个要点：
（1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。
（2）原子从一种定态（能量为E1）跃迁到另一定态（能量为E2）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv＝E2－E1。
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（3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的，轨道半径rn＝n2r1。 2、能级
在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的，这些能量值叫做能级。
各状态的标号1、2、3??叫做量子数，通常用n表示，能量最低的状态叫做基态，其他状态叫做激发态，基态和各激发态的能量分别用E1、E2、E3?代表。
（1）氢原子的能级及玻尔对氢光谱的解释
对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高，我们把原子电离后的能量记为0，则其他状态下的能量值就是负的。
原子各能级的关系为： （n＝1、2、3?） （2）能级图
氢原子的能级图如图18－4－1所示
3、光子的发射和吸收 （1）能级的跃迁
根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种，其中原子在
基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。
（2）光子的发射
原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级Em和En（m>n）间跃迁时发射光子的频率可由下式表示：
hv＝Em－En
由上式可以看出，能级差越大，放出光子的频率就越高。 （3）光子的吸收
光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁，两个能级的差值仍是一个光子的能量，其关系式仍为hv＝Em－En
原子核
一、原子核的组成
1、1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核。核反应方程______________。
2、卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子，即中子。查德威克经过研究，证明：用天α射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强（10-20厘米的铅板）的不带电粒子，用其轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子。核反应方程___ ______________。 3、质子和中子统称核子，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的质量数等于其质子数与中子数的和。具有相同质子数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。 4、天然放射现象
（1）人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律．．．．．．．．．．．．．．．，是从天然放射现象开始的。 （2）1896年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，玛丽·居里和皮埃尔·居里经过
研究发现了新元素钋和镭。
（3）用磁场来研究放射线的性质（图见3-5第74页）：
①α射线带正电，偏转较小，α粒子就是氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强，使底片感光作用很强；②β射线带负电，偏转较大，是高速电子流，贯穿本领很强（几毫米的铝板），电离作用较弱；③γ射线中电中性的，无偏转，是波长极短的电磁波，贯穿本领最强（几厘米的铅板），电离作用很小。 二、原子核的衰变 半衰期
1、原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的（注意：质量并不守恒。）。γ射线是伴随．．α射线或β射线产生的，没有单独的γ衰变（γ衰变：原子核．．．处于较高能级．．．．，辐射光子后跃迁到低能级。）。α衰变举例 ；β衰变举例 。 2、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变．．．．．．．．．．需要的时间。放射性元素衰变的快慢是由核内部．．．本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，它是对大．．量原子的统计规律．．．．．．．．
。N= ， m= 。 三、放射性的应用与防护 放射性同位素
1、放射性同位素的应用：a、利用它的射线（贯穿本领、电离作用、物理和化学效应）；b、做示踪原子。
2、放射性同位素的防护：过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，因此，在使用放射性同位素时，必须注意人身安全，同时要放射性物质对空气、水源等的破坏。 四、核力与结合能 质量亏损
1、由于核子间存在着强大的核力（核子之间的引力，特点：①核力与核子是否带电无
关②短程力，其作用范围为2.0?10?10m，只有相邻的核子间才发生作用），所以核子
结合成原子核（例_______________________）或原子核分解为核子（例_______
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_____）时，都伴随着巨大的能量变化。核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能，亦称核能。
2、我们把核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。爱因斯坦在相对论中得出物体的质量和能量间的关系式_________________，就是著名的质能联系方程，简称质能方程。 1u=_____________kg 相当于____________MeV （此结论在计算中可直接应用）。 五、原子核的人工转变原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程，称为核反应（原子核的人工转变）。在核反应中电荷数和质量数都是守恒的。 举例：（1）如α粒子轰击氮原子核发现质子；（2）1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子。核反应方程______ ___________________这是第一次用人工方法得到放射性同位素。 六、重核的裂变 轻核的聚变
1、凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。
2、1938年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重核裂变，即一个重核在俘获一个中子后，分裂成几个中等质量的核的反应过程,这发现为核能的利用开辟了道路。铀核裂变的核反应方程________ _____________。
3、由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。为使其容易发生，最好使用纯铀235。因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积，即临界体积。
发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积，并有中子进入。应用有原子弹、核反应堆。 4、轻核结合成质量较大的核叫聚变。（例： ________）发生聚变的条件是：超高温（几百万度以上），因此聚变又叫热核反应。 太阳的能量产生于热核反应。可以用原子弹来引起热核反应。应用有氢弹、可控热核反应。
广东高考物理学史 科学家 主要贡献/观点 1638年，论证重物体不会比轻物体下落得快； 伽利略 意大利 伽利略理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦， 将保持这个速度一直运动下去（17世纪） 牛顿 英国 1683年，提出了三条运动定律，1687年，发表万有引力定律； 开普勒 德国 17世纪提出开普勒三定律； 卡文迪1798年利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量（必修2第50许 英国 页） 库仑 法国 发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律（选修3－1第8页） 密立根 美国 通过油滴实验测定了元电荷．．．的数值。e=1.6×10－19C （选修3－1第19页3－5第50页） 焦耳和先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳楞次 ——楞次定律(1834年楞次确定感应电流方向的定律) 奥斯特 丹麦 电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应（选修3－1第73页） 提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）洛仑兹 荷兰 的观点 （选修3－1第85页） 安培 法国 分子环形电流假说（原子内部有环形电流） 发现的电磁感应现象．．．．．．使人类的文明跨进了电气化时代。（选修3－法拉第 英国 2第4页） 在1821年，法拉第在重复奥斯特“电生磁．．．”实验时，制造出人类历史上第一台最原始的电动机。（选修3－1第85页） 亨利 美国 最大的贡献是在1832年发现自感现象 利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，汤姆孙 英国 并提出原子的枣糕模型（葡萄干布丁模型），从而敲开了原子的大门 量子论的奠基人。为了解释黑体辐射．．．．，提出了能量量子假说．．．．．．， 普朗克 德国 （选修3－5第31页）解释物体热辐射规律提出电磁波的发射和吸收 不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界 爱因斯 提出光子说（科学假说），成功地解释了光电效应规律 坦 德国 提出的狭义相对论(经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体) 总结出质能方程（2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰 他对科学的贡献） 郑裕彤中学高二物理资料 蒋声怀
科学家 主要贡献/观点 普吕克尔 德国 德国科学家发现了阴极射线．．．．。（选修3－5第48页） 进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15 m ； 卢瑟福 英国 用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子（该实验表明了原子内质量和电量的分布，并没有揭示原子核的组成），并预言了中子的存在 量子力学的先驱。吸取普朗克、爱恩斯坦的量子概念，提出原子玻尔 丹麦 结构的玻尔理论，成功解释了氢原子光谱。（选修3－5第63页）最先得出氢原子能级表达式 贝克勒尔 法国 发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构 查德威克 英国 在α粒子轰击铍核时发现中子（原子核人工转变的实验），由此人们认识到原子核的组成（选修3－5第69页） 居里夫妇 法国 发现了放射性更强的钋和镭。 原子物理和原子核物理 一、“十大人物及九发现” 1．汤姆孙发现电子，建立了原子的“枣糕模型”；
2．卢瑟福通过α粒子散射实验，建立了原子的“核式结构”；
3．卢瑟福通过α粒子轰击氮核，发现了质子；42He+147N→178O+11H（实验用放射源放出а射线）
4．玻尔提出了氢原子模型；
5．贝克勒耳发现天然放射现象，证明原子核有复杂结构；
6．玛丽·居里和玻埃尔·居里（大居里）通过天然放射现象研究，发现了放射性元素钋和镭及其衰变规律；
7．查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子；42He+94Be→126C+10n
8．约里奥·居里和伊丽芙·居里（小居里）用α粒子轰击铝箔，探测到中子和正电子，发现了放射性同位素；42He+2713Al→3015P+10n 3015P→3014Si+ 0+1e 9．爱因斯坦发现了核反应中的质量与能量的联系：质能方程E＝mC2 二、“四大核变”及应用
1．放射性元素的衰变（包括α衰变和β衰变）；
2．原子核的人工转变（包括质子、中子的发现和放射性同位素的发现）； 3．重核的裂变（以23592U的链式反应为代表，可用于核能发电和原子弹）；
4．轻核的聚变（以21H和31H的热核反应为代表，存在于太阳内部，可用于氢弹）。
2013届郑裕彤中学高三物理(原子结构、原子核、波粒二象性)复习试题