第1讲 波粒二象性 原子结构
[考试标准]
知识内容 能量量子化 光的粒子性 粒子的波动性 概率波 不确定性关系 电子的发现 原子的核式结构模型 氢原子光谱 玻尔的原子模型 必考要求 加试要求 说明 1.不要求掌握黑体辐射的概念和实验规律. 2.不要求识记研究光电效应现象的实验电路图. h3.不要求用Δx·Δp≥进行计算. 4π4.不要求了解测量比荷的实验装置. 5.不要求计算以密立根实验为背景的问题. b c c b b a b b c 6.不要求了解α粒子散射实验装置的细节. 7.不要求用氢原子光谱的实验规律计算波长. 8.不要求识记氢原子不同状态时的电子云.
一、能量量子化 1.量子化假设
振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，并以这个最小能量值为单位
一份一份地吸收或辐射.
2.能量子
不可再分的最小能量值ε＝hν，ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626×10
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J·s.
二、光的粒子性 1.光电效应现象
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做
光电子. 2.实验规律
(1)每种金属都有一个极限频率.
(2)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.
(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的.
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(4)入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.
3.爱因斯坦光电效应方程
(1)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的
能量子组成的，这些能量子称为光子，频率为ν的光子的能量为hν.
(2)爱因斯坦光电效应方程
①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
②物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用于克服
金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.
自测1 (多选)如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发
生的现象是( )
图1
A.有光子从锌板逸出 B.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度
D.锌板带负电
答案 BC
解析 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，这种电子被称为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指
针张角越大，故C正确，D错误.
三、光的波动性 概率波
1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.
(2)光电效应说明光具有粒子性.
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性.
2.物质波
任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一个波与它对应，其波长λ＝
h
，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.p
3.概率波
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大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性，光波是概率波，光子的行为服从统计规律，对于电子和其他微粒，由于同样具有波粒二象性，所以与它们
相联系的物质波也是概率波.
4.不确定性关系
在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微
观粒子的位置和动量是不可能的，我们把这种关系叫做不确定性关系.
自测2 (多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子，低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
答案 AD
四、电子的发现 原子的核式结构模型
1.英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”.
2.原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被
“撞了回来”，如图2所示.
图2
(2)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，原子半径的数量级是10
而原子核半径的数量级是10
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－10
m，
m，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动.
自测3 (多选)如图3为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的
是( )
图3
A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍微少些
C.放在C、D位置时屏上观察不到闪光
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D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
答案 AD
五、氢原子光谱 玻尔的原子模型
1.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成
分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.
2.玻尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电
子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.
(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h ＝6.63×10
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J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不
连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.
3.能级公式：En＝
1
E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV(以n2
氢原子为例).
4.半径公式：rn＝nr1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1
＝5.3×10
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2
m(以氢原子为例).
5.氢原子的能级图(如图4所示)
图4
自测4 (多选)关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是( )
A.原子可以处于连续的能量状态中 B.原子的能量状态不可能是连续的
C.原子的核外电子在确定轨道上运动时，要向外辐射能量 D.原子的核外电子在确定轨道上运动时，不向外辐射能量
答案 BD
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