高考物理选修35光和原子核必背知识点

高考物理选修35光和原子核必背知识点

选修3-5 光和原子核知识点 一、光的粒子性 ‎ 1、光电效应 ‎ （1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。‎ ‎ （2）逸出功：使电子脱离该金属所做功的最小值。‎ ‎（3）光电效应的实验规律：‎ ‎ ①任何一种金属都有一个截止频率（极限频率），入射光的频率大于这个极限频率能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。‎ ‎ ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。‎ ‎ ③大于极限频率的光照射金属时，饱和电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。‎ ‎ ④ 金属受到光照，光电子的发射几乎是瞬时的。‎ ‎ 2、波动说在光电效应上遇到的困难 ‎ 波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难 ‎ 3、光子说 ‎ （1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv=‎ ‎ （2）光子论：1905年爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量E与光的频率v成正比，即：E=hv 其中h为普朗克恒量 ‎（3）爱因斯坦光电方程： W为逸出功 W=h=‎ ‎ 4、光子论对光电效应的解释 ‎ 金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当动能大于逸出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初动能也越大。‎ 二、波粒二象性 ‎ 1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应，说明光具有粒子性，即光具有波粒二象性。光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同。光波是一种概率波，在单缝衍射和双缝干涉中，明条纹是光子到达概率较大地方，暗条纹是光子达概率较小的地方。个别光子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低、波长越大，波动性越显著；频率越高 ‎、波长越短，粒子性越显著。‎ ‎ 2、德布罗意波：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，叫物质波，波长：‎ ‎ * 3、不确定关系： 表示粒子位置的不确定量，表示在垂直x方向上的动量的不确定量。‎ 三．玻尔的原子模型 ‎ 1．原子核式结构模型与经典电磁理论存在两大的矛盾，说明经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从氢的光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提了三个假设：‎ ‎ ①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。‎ ‎ ②跃迁假设：原子从一个定态（设能量为E2）跃迁到另一定态（设能量为E1）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 ‎ ③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。‎ ‎ 2．氢原子的能级公式和轨道半径公式： 氢原子的能量En，和电子轨道半径rn分别为：‎ ‎ 其中E1、r1为离核最近的第一条轨道（即n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E1=－13.6ev, r1=0.53×10‎-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)。‎ ①原子的能量等于电子的动能加电势能。当原子由低能态跃迁到高能态时，原子的能量增大，其中增加的电势能等于电子减少的动能加上所吸收光子的能量；当原子由高能态跃迁到低能态时，原子的能量减少，其中减少的电势能等于电子增加的动能加上所放出光子的能量。‎ ‎ ②氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图线表示出来即能级图。 其中n=1的定态称为基态，n=2以上的定态，称为激发态。由高能态向低能态跃迁辐射出光子的种类为：1+2+3+4+‎ ‎ 3、光谱分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱又分为线状谱和连续谱，线状谱线称为原子的特征谱线。‎ 四、原子结构 ‎ 1、电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。 电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。‎ ‎ 2、粒子散射实验否定了汤姆生枣糕式原子模型，其结果为： ‎ ‎ ①绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。‎ ‎ ②有少数粒子发生较大角度的偏转。‎ ‎ ③有极少数粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。‎ ‎ 3、原子的核式结构模型：1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。‎ ‎ 原子核半径约为10‎-15m，原子轨道半径约10‎-10m。‎ 五、原子核 ‎ 1、天然放射现象 ‎ （1）天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒尔发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的。‎ ‎ （2）射线是氦核，电离作用最强，穿透能力最弱，射线是高速的电子流；是光子流，电离作用最弱，穿透能力最强。‎ ‎ 2、衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变，在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒。‎ α衰变： β衰变：‎ 在衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反应中有一个中子变为一个质子和一个电子，即： 射线是伴随衰变放射出来的高频光子流。‎ ‎ 3、半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。由核的属性决定，与物理、化学状态无关。 一放射性元素，测得质量为m,半衰期为T，经时间t后，剩余未衰变的放射性元素的个数为N、质量为m，则 ‎ 4、原子核的人工转变：原子核的人工转变是指用人工的方法（例如用高速粒子轰击原子核）使原子核发生转变。‎ ‎ （1）质子的发现： ‎ ‎ ‎ ‎（2）中子的发现： ‎ ‎ ‎ ‎（3）发现正电子： ‎ ‎ 六、核能 ‎ 1、核能：核子结合成原子核放出的能量或将原子核分解为核子时吸收的能量，称为核能，也叫结合能。结合能与核子数之比称为比结合能（平均结合能），平均结合能越大，表示原子核越牢固、越稳定。‎ ‎ ‎ 例如： ‎ ‎ 2、质能方程：爱因斯坦提出物体的质量和能量的关系： ‎ ‎ 3、核能的计算：在核反应中，若反应后的总质量小于反应前的总质量即出现质量亏损，这样的反应就是放能反应，若反应后的总质量大于反应前的总质量，这样的反应是吸能反应。‎ ‎ 吸收或放出的能量，与质量变化的关系为：‎ ‎ 质量亏损为1u时，释放出的核能为931.5Mev。‎ ‎ 4、释放核能的途径——裂变和聚变 ‎ （1）裂变反应：‎ ‎ ①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。‎ ‎ 例如：‎ ‎ ②链式反应：在裂变反应中，产生的中子再被其他铀核浮获使反应继续下去。‎ ‎ 链式反应的条件：‎ ‎ ③核电站的核心设施是核反应堆，由燃料（铀棒）、慢化剂、控制棒三部分组成。‎ ‎（2）聚变反应：‎ ‎ ①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。‎ ‎ 例如：‎ ‎ ②聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温。因此聚变又叫热核反应。‎ ‎（3）核力 质子和中子可结合为稳定的原子核，说明核子间存在核力的作用。核力是短程强力，只在相邻的核子间发生作用。‎ ‎ （4）核反应及核反应方程 元素的原子核变化的过程即为核反应，核反应有天然衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变四种类型，其中重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个重要途径，目前的核电站都是利用重核裂变释放的核能来发电的。核反应可用核反应方程来表示，书写核反应方程应依据核反应的事实，并且质量数守恒和核电荷数守恒。‎