原子物理光学知识点

重要概念和规律

1．原子核式结构学说（卢瑟福）

实验基础α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。极少数发失大角度偏转。个别被弹回．基本内容在原子中心有一个带正电的核（半径约10-15～10-14m），集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转（原子半径约10-10m）。困难问题按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。

2．玻尔理论（玻尔）实验基础氢光谱规律的研究。基本内容（三点假设）（1）原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态（定态），其总能量En（包括动能和电势能）与基态总能量量的关系为En=E1/n2（n＝1、2、3……）。（2）原子在两个定态之间跃迁时，将辐射（或吸收）一定频率时光子；光子的能量为hν=E初-E终。（3）电子绕核运行的可能轨道是不连续的。各可能轨道的半径rn=n2r1基态轨道半径r1。（n=1、2、3……）。困难问题无法解释复杂原子的光谱．

3. 放射现象（贝克勒尔）

三种射线（1）α射线氦原子核流。v≈c/10。贯穿本领很小。电离作用很强。

（2）β射线高速电子流。v≈c。贯穿本领强，电离作用弱。

（3）γ射线波长很短的电磁波。v=c。贯穿本领很强，电离作用很弱。

衰变规律遵循电量、质量（和能量）守恒。

α衰变、β衰变、γ衰变（γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的）。

半衰期放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。由核内部本身因素决定．跟原子所处的物理状态或化学状态无关．公式

4．原子核的组成

实验基础

（1）质子发现（1919年，卢瑟福） 147N + 24He → 817O + 11H

（2）中子发现（1932年，查德威克） 49Be + He → 612C + 01n

基本内容原子核由质子和中子（统称核子）组成．原子核的质量数等于质子数与中子数之和．原子核的电荷数等于质子数。各核子间依靠强大的核力来集在核内。

5．放射性同位素质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。

实验基础用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷（1934年，约里奥?

居里夫妇）。基本应用

（1）利用射线的贯穿本领、电离作用或对生物组织的物理、化学效应。（2）做为示踪原子。6. 核能

质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差．

质能方程 E=mc2 核反应能△E=△mc2

（二）物理光学——人类对光本性的认识发展过程

（1）微粒说（牛顿）基本观点认为光像一群弹性小球的微粒。实验基础光的直线传播、光的反射现象。困难问题无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。

（2）波动说（惠更斯）基本观点认为光是某种振动激起的波（机械波）。

实验基础光的干涉和衍射现象。

①个的干涉现象——杨氏双缝干涉实验

条件两束光频率相同、相差恒定。装置（略）。现象出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。解释屏上某处到双孔（双缝）的路程差是波长的整数倍（半个波长的偶数倍）时，两波同相叠加，振动加强，产生明条；两波反相叠加，振动相消，产生暗条。应用检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度（增透膜）．

②光的衍射现象——单缝衍射（或圆孔衍射）

现象：出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹（或明暗乡间的圆环）。（3）电磁说（麦克斯韦）基本观点认为光是一种电磁波。实验基础赫兹实验（证明电磁波具有跟光同样的性质和波速）。各种电磁波的产生机理无线电波自由电子的运动；红外线、可见光、紫外线原子外层电子受激发；x射线原子内层电子受激发；γ射线原子核受激发。可见光的光谱发射光谱——连续光谱、明线光谱；吸收光谱（特征光谱。困难问题无法解释光电效应现象。

（4）光子说（爱因斯坦）基本观点认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。实验基础光电效应现象。装置（略）。现象①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的；

②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。；

③当ν＞v。时，光电流强度与入射光强度成正比；④光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。解释①光子能量可以被电子全部吸收．不需能量积累过程；②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hν。；③入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多；④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于

逸出功外。其余转化为光电子初动能。困难问题无法解释光的波动性。

（5）光的波粒二象性基本观点认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。实验基础微弱光线的干涉，X射线衍射．

，在光屏上形成干涉条纹．写出相邻两条亮纹(或．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）

．光的反射现象、干涉现象

波段的电磁波，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

十六、光的反射和折射（几何光学）

1.反射定律α＝i ｛α;反射角，i:入射角｝

2.绝对折射率(光从真空中到介质)n＝c/v＝sin /sin ｛光的色散，可见光中红光折射率小，n:折射率，c:真空中的光速，v:介质中的光速， :入射角， :折射角｝

3.全反射：1）光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C：sinC＝1/n

2)全反射的条件：光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角

注:

(1)平面镜反射成像规律:成等大正立的虚像,像与物沿平面镜对称；

(2)三棱镜折射成像规律:成虚像,出射光线向底边偏折,像的位置向顶角偏移；

(3)光导纤维是光的全反射的实际应用〔见第三册P12〕,放大镜是凸透镜,近视眼镜是凹透镜；

4)熟记各种光学仪器的成像规律,利用反射(折射)规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键；

(5)白光通过三棱镜发色散规律：紫光靠近底边出射见

十七、光的本性（光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性）

1.两种学说:微粒说(牛顿)、波动说(惠更斯)

2．双缝干涉:中间为亮条纹；亮条纹位置: ＝nλ；暗条纹位置: ＝(2n+1)λ/2（n＝0,1,2,3,、、、）；条纹间距｛ :路程差(光程差)；λ:光的波长；λ/2:光的半波长；d两条狭缝间的距离；l：挡板与屏间的距离｝

3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关，光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫(助记：紫光的频率大，波长小)

4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d＝λ/4

5.光的衍射：光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光的衍射现象不明显可认为沿直线传播，反之，就不能认为光沿直线传播

6.光的偏振：光的偏振现象说明光是横波

7.光的电磁说：光的本质是一种电磁波。电磁波谱(按波长从大到小排列):无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。红外线、紫外、线伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用

8.光子说,一个光子的能量E＝hν｛h:普朗克常量＝6.63×10-34J.s，ν:光的频率｝

9.爱因斯坦光电效应方程：mVm2/2＝hν－W ｛mVm2/2:光电子初动能，hν:光子能量，W:金属的逸出功｝

注:

(1)要会区分光的干涉和衍射产生原理、条件、图样及应用,如双缝干涉、薄膜干涉、单缝衍射、圆孔衍射、圆屏衍射等；

(2)其它相关内容:光的本性学说发展史/泊松亮斑/发射光谱/吸收光谱/光谱分析/原子特征谱线/光电效应的规律光子说/光电管及其应用/光的波粒二象性/激光

十八、原子和原子核

1.α粒子散射试验结果a)大多数的α粒子不发生偏转；(b)少数α粒子发生了较大角度的偏转；?极少数α粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)

2.原子核的大小：10-15～10-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构)

3．光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:hν＝E初-E 末｛能级跃迁｝

4.原子核的组成：质子和中子（统称为核子），｛A＝质量数＝质子数＋中子数，Z=电荷数

＝质子数＝核外电子数＝原子序数

5.天然放射现象：α射线（α粒子是氦原子核）、β射线（高速运动的电子流）、γ射线（波长极短的电磁波）、α衰变与β衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。γ射线是伴随α射线和β射线产生的

6.爱因斯坦的质能方程:E＝mc2｛E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度｝

7.核能的计算ΔE＝Δmc2｛当Δm的单位用kg时，ΔE的单位为J；当Δm用原子质量单位u时，算出的ΔE单位为uc2；1uc2＝931.5MeV｝。

注：

(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握；

(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数；

(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键；

(4)其它相关内容:氢原子的能级结构/氢原子的电子云/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆/轻核聚变、可控热核反应/人类对物质结构的认识。