高三光学原子物理总结

高考光学原子物理学完美总结
光的本性
一、基本概念
（一）光的干涉
条件：频率相同, 振动方向相同，相位差恒定。

现象：两个相干光源发出的光在相遇的空间相互叠加时，形成明暗相间的条纹。

1．双缝干涉相干光源的获取：采用“分光”的透射法。

当这两列光源到达某点的路程差：
Δγ＝kλ(k=0,1,2……)出现亮条纹
Δγ＝（2k＋１）λ／2 (k=0,1,2……)暗条纹
条纹间距Δx=(L/d)λ（明纹和暗纹间距）
·用单色光作光源，产生的干涉条纹是等间距；
·用白光作光源，产生彩色干涉条纹，中央为白色条纹；
2．薄膜干涉：相干光源的获取，采用“分光”的反射法
由薄膜的前后两个表面反射后产生的两列相干光波叠加形成的干涉现象：
·入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹
·入射光是白光，可形成彩色干涉条纹。

3．光的干涉在技术上的应用
（1）用干涉法检查平面（等间距的平行线）
（2）透镜和棱镜表面的增透膜，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4
（二）光的衍射
光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象为称光的衍射现象。

*产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于光波波长或和光波波长差不多。

*现象：（１）泊松亮斑（２）单缝衍射
·单色光通过单缝时，形成中间宽且亮的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且条纹宽度比中间窄；
·白光通过单缝时，形成中间宽的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹。

（三）光的电磁说
１．电磁波谱
a．将无线电波，红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线按频率由小到大（或波长从长到短）的顺序排列起来，组成电磁波谱；
b．·无线电波是LC振荡电路中自由电子周期性运动产生
·红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受激发后产生；
·伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生；
·γ射线是原子核受到激发后产生。

２．
*
或吸收光谱分析，鉴别物质或确定它的化学组成。

（四）光电效应，光子
1．光电效应：在光的照射下（可见光或不可见光），物体发射电子的现象，发射出的电子叫光电子。

2．光电效应的规律
a．极限频率：任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应。

b．最大初动能：光电子的最大初动能，与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。

c．瞬时性：光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s
d．光电流强度：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
3．爱因斯坦的光子说
光是一份一份地不连续传播的，每一份叫做一个光子，光子的能量与它的频率成正比: E=hυ, K光谱朗克常数=6.63×10-34J·S
(hυ=E k+W=E k+ hυ0) υ0：极限频率
注意：光的强度是指光束的能量; 若单位时间内射到金属表面单位面积上的频率为υ，光子数为n，则光强为nhυ。

4．光的波粒二象性
*大量的光子运动规律表现出波动性，个别光子运动表现出粒子性;
*光的波长越长，波动性越明显，越容易观察到光的干涉和衍射，光频率越高，粒子性越明显，贯穿本领越强;
*光速v，频率υ，波长λ的关系v=λυ光子能量 E=hυ=hc/λ0=hv/λ
*光从真空射入介质中，频率不变，故光的颜色和光子能量不变，但波长和光速发生变化。

二、基本实验
1．能叙述光电效应的实验过程及相关结论
2．会用卡尺（或小孔）观察光的单缝衍射现象
原子物理学二、基本实验
1．α粒子散射实验的装置及发生的现象（见P83 图28-13）
2．卢瑟福发现质子的实验装置、过程及结论（见P101 图29-7、8、9）
3．查德威克发现中子的实验示意图（见P103图29-10）
原子和原子核
一、 基本概念和基本知识 （一） 原子的核式结构 1． α粒子散射现象
用放射源产生的α粒子轰击金箔，其实验结果： ①大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来的方向步进； ②少数α粒子发生较大偏转； ③极少数α粒子偏转超过900，有的甚至几乎达到1800，为了解释此现象卢瑟福提出原子的核式结构模型。

2． 原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。

*原子核所带的正电荷数=核外的电子数=原子序数； *电子绕核旋转所需要的向心力就是核对它的库仑引力； *原子的半径大约是10-10m ； 原子核的大小约是10-1５m ～10-14m （二） 玻尔的原子理论（3条假设）
1.能量量子化：: 原子只能处在一系列不连续的能量状态中（定态），电子虽然绕核作加速运动，但不辐射能量，原子是稳定的。

2.能级跃迁：原子从一种定态（E 初）跃迁到另一种定态（E 末）时，要辐射（或吸收）一定频率（或波长）的光子，光子的能量h υ=hc/λ=E 初-E 末。

3.轨道量子化：由于绕核旋转的轨道半径是不连续的，每一条可能轨道与原子的一个定态相对应。

（三） 氢原子的能级
1． 定态能量公式E n =E 1/n 2 (n=1,2,3…) 2． 轨道半径公式r n =n 2 r 1 (n=1,2,3…)
E 1，γ1是一条可能轨道的半径和能量，n 是量子数, E 1=-13.6 ev ； γ1=0.53×10-10m （四） 依玻尔理论进行分析的方法
*氢原子各个定态的能量等于电子在不同轨道上绕核作匀速圆周运动的动能和系统的电势能之和，即：E n =E kn +E pn
*氢原子核外电子绕核作匀速圆周运动的速度、周期、动能与轨道半径的光系
由于库仑力提供向心力: 电子的速度: 运动周期: 电子的动能:
所以当氢原子从低能级向高能级跃迁时: n ↑→r n ↑→νn ↓→T n ↑→E kn ↓ *系统的电势能变化可以从两方面判断:
（1） 依库仑力做功的正负来判断定：库仑力做正功，系统的电势能减少，反之系统的电势能增加 （2） 依各定态的能量E n =E kn +E pn 判定：当氢原子从低能级向高能级跃迁时，n ↑→E n ↑→E kn ↓→E pn
↑
（3） 一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱或条数为：N=n(n-1)/2 （五） 原子核
1． 天然放射现象： 1896年贝克勒耳发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构。

2． 放射线的种类和性质： α射线：氦核42He 流，其电离本领最强，贯穿本领很小，υ=0.1c β射线：电子0-1e 高速电子流，电离本领较强，贯穿本领较强，υ=0.9c γ射线：光子γ，高频电磁波电离本领很小，贯穿本领最强，υ=c 3． 原子核衰变的规律： 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化
α衰变 β衰变
γ衰变时伴随α衰变或β衰变同时产生的。

n
n
n
r m r e 2
2
ν=K n
n
m ke γν2
=2
322e
m r r T n n
n
n
K ==ππn
n k
r ke m V 22
122=
=E e Y X M Z M
Z
11
-++→He
Y X M Z M Z
4
242+→--
在原子核的衰变中，要遵守电荷数和质量数守恒的规律。

半衰期τ：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫放射性元素
的半衰期。

4． 原子核的人工转变
卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子11H ： 查德威克用α粒子轰击铍和发现中子10n:
约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝发现放射性同
位素和正电子01e
同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子互称同位素。

5． 确定衰变次数的方法 核反应方程：
质量数守恒：M=M 1+4n n 为α衰变次数 电荷数守恒：Z=Z 1+2n-m m 为β衰变次数 6． 核能
a.核能：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。

b.核子结合成原子核时，减少的质量叫质量亏损Δm
依定义 依质能方程求 依反应前后质量求
c.核能的计算：爱因斯坦方程：ΔE=Δmc 2 luc 2=931.5 Mev
d.获得核能的途径： 重核的裂变：重核获得一个中子后分裂为n 个中子质量的核的反应。

轻核的聚变：氢核结合成质量较大的核的反应，反应条件：很高的温度（几百万度）。

常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型。

τ
t
m m ⎪
⎭
⎫ ⎝⎛=21原余
H
O He N 1
117842147
+→+e
S i P n P He Al 0130143015
1
030154227
13+→+→+e m H e n Y X M Z M Z
1421
1
-++→2
C E m ∆=
∆E
n Sr Xe n U ∆+++→+1
0903813654102359210E
n He H H ∆++→+10423121原子核
核子m m m -=∆∑反应后
反应前m m m -=∆∑n
C He Be 1
01264294
+→+。