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1 第十七章 原子物理 一 光具有波粒二象性 1 光的粒子性 光电效应实验 康普顿效应实验证明 A 光电效应 在光量子的照射下 物体发射光电子的现象 光电效应说明了光的粒子性 条件 极限 极限 B 光量子的能量 E h hc 普朗克常量h 6 63 10 34J s C 光的强度决定了每秒钟内从金属表面发出的光电子数 从而决定了光电流强度 光的频率决定每个光子的能量 决定电子射出后的最大初动能 D 光电效应方程 Ek h W E 光电管 2 2 光的波动性 光的干涉 衍射 偏振实验证明 3 光波是一种概率波 大量光子中的个体光子的运动服从一定概率 整体体现波动规律 个别光子干涉实验 出现个别光点 粒子性大量光子干涉实验 出现明暗相间条纹 波动性4 波动性是光子本身的一种特性 频率越低 波长越长 光的波动性越明显 频率越高 波长越短 光的粒子性越明显 二 玻尔的三条假设 因成功引入了量子概念 过多保留了经典理论 所以只能解释氢光谱 1 轨道量子化 电子的轨道半径只能取某些独立值 能量量子化 电子做变速运动时状态稳定 不对外辐射能量 原子向外辐射 吸收 光子的能量与发生跃迁的两个轨道有关 Em En h m n 对应的光谱呈分立线状型 光谱条数 3 2 电子由高能级向低能级跃迁时 动能增加 势能减小 总能量减小 势能的绝对值是动能的2倍 三 物质波 任何运动的物体都有一个波与之对应 即光子 实物粒子运动具有不确定性 但在空间的分布几率受波动规律支配 物质波又称为德布罗意波 公式 4 宏观物体波长小 显粒子性 微观粒子波长长 显波动性 用疏密不同的点表示电子在各个位置上出现的几率 即电子云 牛顿力学只能解决宏观 低速运动的物理问题 四 原子的结构模型 1 汤姆生发现电子 说明原子可分 2 卢瑟福的a粒子散射实验说明了 很小的原子核集中了全部的正电荷和绝大多数质量 电子在核外绕核作高速旋转 3 原子核的质子数决定元素的化学性质 同位素 有相同的质子数 不同中子数的元素 如 氕 氘 氚 5 五 核反应 原子核产生新原子核的过程 反应过程中质子数与质量数都守恒 1 衰变 原子序数大于82的所有元素 部分小于83的元素有放射性 射线来自原子核的内部 不是核外电子 核衰变是产生天然放射性现象的根本原因 6 衰变 衰变 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 半衰期是元素的一个特性 与外界因素无关 是统计规律 对单个原子核没有意义 7 2 人式核转化反应 原子核在 粒子等的轰击下产生新原子核的过程 卢瑟福发现质子 查德威克发现中子 所有元素中铁元素的核子平均质量最小 如下图 8 3 裂变反应 重核分裂成质量较小的核的过程 如链式反应 雪崩反应 聚变反应 轻核结合成质量较大的核的过程 相同条件下 聚变比裂变释放更多能量 但反应温度高 如 4 核反应中质量亏损能量 化学反应能量 爱因斯坦质能方程 E mc2 E m c2 原子 质 量单位
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