2016年高考物理选修3-5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）ν0，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=c

λ

（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：12c mv m =h ν-W W 为逸出功 W=hν0=h 2λ0

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

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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：λ=h p * 3、不确定关系：∆x ∆p ≥

动量的不确定量。 h ∆x 表示粒子位置的不确定量，∆p 表示在垂直x 方向上的4π

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E 2）跃迁到另一定态（设能量为E 1）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 =E 2-E 1

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E n ，和电子轨道半径r n 分别为：

E 1⎫⎪2 、3、 n 2⎬n =1 、

r n =n 2r 1⎪⎭E n =

其中E 1、r 1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：E 1=－13.6ev, r 1=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、α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α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

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②有少数α粒子发生较大角度的偏转。

③有极少数α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α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）α射线是氦核，电离作用最强，穿透能力最弱，β射

线是高速的电子流；γ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。

A A -44A A 0α衰变： β衰变： Z Z -22Z Z +1-1 X →Y +He X →Y +

e

在β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： γ射线是伴随α、β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

t t 1T 1T N =N 0() ; m =

m 0() 22

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： 147171N +4He →O +281H

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（3）发现正电子： 4

2 27301He +Al →

P +13150 n

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： E =mc 2

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：∆E =∆mc 2

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。 ⎧a ) 裂变物质的体积，超过临界体积链式反应的条件：⎨ b ) 有中子进入裂变物质⎩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：1H +1H →2He +0n +17. 6Mev 2341②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。

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