會計學1波粒二象性和原子結構1、熱輻射現象一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫做熱輻射。2、黑體在任何溫度下都能全部吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射。第1頁/共58頁說明：①黑體是個理想化的模型。例：空腔上的小孔，遠處的窗口等可近似看作黑體。②實驗表明：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關而黑體輻射電磁波的規律只與黑體的溫度有關第2頁/共58頁0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K3、黑體輻射的實驗規律隨著溫度的升高：1，各種波長的輻射強度都有增加；2，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。第3頁/共58頁

瑞利公式只在長波與實驗結果比較吻合。瑞利理論值維恩理論值實驗T=1646k維恩公式只在短波與實驗結果吻合得很好。第4頁/共58頁4、普朗克能量子理論微觀粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍，E=nε（n=1,2,…），這個不可再分的最小能量值ε叫能量子。n稱為量子數。帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。

h=6.62610-34

J*S----普朗克常數

能量子的能量：ε=h（是電磁波的頻率）第5頁/共58頁λ(μm)123568947普朗克理論實驗值1800K借助能量量子化假說，普朗克得出了與實驗符合的很好的黑體輻射公式第6頁/共58頁5、能量量子化宏觀：能量可以是任意值，可以連續變化。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續變化。（能量量子化）量子化：只能取一系列分立值，不能連續變化第7頁/共58頁2023/1/18光的波動性實驗基礎：干涉、衍射、偏振麥克斯韋和赫茲確認光的電磁波本質光的粒子性實驗基礎：光電效應、康普頓效應第8頁/共58頁2023/1/181、光電效應：

現象：紫外線照射鋅板，驗電器內的金屬箔帶正電，說明有電子從鋅板上飛出來。

定義：當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動形成的電流叫光電流。第9頁/共58頁2023/1/182、光電效應實驗規律（1）存在飽和電流在電流較小時電流隨著電壓的增大而增大，但當電流增大到一定值后，即使電壓再增大，電流也不會增大。這個最大電流就叫做飽和電流。第10頁/共58頁2023/1/18（2）存在遏止電壓Uc

（反向截止電壓）

當所加電壓U為0時，電流I并不為0.只有施加反向電壓，使電子減速，電流才有可能為0.

電流剛減小到0時對應的電壓叫做遏止電壓Uc。

第11頁/共58頁2023/1/18

IUc2OU黃光（強）黃光（弱）實驗測得的光電效應曲線藍光Uc1遏止電壓飽和電流Is1、對于一定（顏色）頻率的光，無論光強如何，遏止電壓都是一樣。2、對于一定（顏色）頻率的光，入射光越強，飽和電流越大，即單位時間內發射的光電子數越多。3、相同強度（單位時間內的能量）的單色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時，飽和電流減小，遏止電壓增大。第12頁/共58頁2023/1/18（3）存在截止頻率νc

當入射光的頻率減小到某一數值νc時，無論光的強度多大，加上怎樣的電壓，都不會有光電流。

這個臨界頻率叫做截止頻率νc（極限頻率）。

入射光的頻率低于截止頻率時不發生光電效應。第13頁/共58頁2023/1/18（4）光電效應的瞬時性

當入射光的頻率超過截止頻率時，無論光如何微弱，幾乎在瞬間就會產生光電流。時間間隔不超過10-9s。

第14頁/共58頁2023/1/183、愛因斯坦的光電效應方程（1）光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。（2）電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功。使電子脫離金屬所要做的最小的功，叫做金屬的逸出功。不同金屬的截止頻率不同，所以逸出功不同。（3）一個電子一瞬間吸收一個光子的能量，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek，即：上式即為愛因斯坦的光電效應方程。

第15頁/共58頁2023/1/18光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。若入射光的頻率恰好等于極限頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動能為0.因此有如果電子克服阻力做功大于逸出功，則逸出后電子的初動能小于最大初動能。只有從金屬表面直接飛出的光電子，才有可能具有最大初動能。第16頁/共58頁2023/1/18影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素1、只要入射光頻率超過截止頻率，飽和電流的大小只與單位時間內的光子數有關，即光電流的大小與入射光的強度成正比。2、截止頻率只與金屬的逸出功有關，即只與金屬的種類有關。3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關。第17頁/共58頁2023/1/184、光電效應方程的圖像：（1）外加電壓和光電流的關系（同種金屬）光的強弱影響飽和電流光強光子數目多發射光電子多光電流大光的頻率影響遏制電壓

光的頻率高光子能量大產生光電子的最大初動能大光的頻率低于截止頻率，不發生光電效應。IUc2OU黃光（強）黃光（弱）藍光Uc1第18頁/共58頁2023/1/18Uc-W0/eνc（2）遏止電壓-入射光頻率：Uc-ν圖像第19頁/共58頁2023/1/185、光電效應方程的驗證美國學者密立根設計實驗，驗證了愛因斯坦光電效應方程的正確性。光子具有能量，光電效應顯示了光的粒子性。第20頁/共58頁2023/1/186、康普頓效應康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發現散射線中除有與入射波長相同的射線外，還有比入射波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射波長和散射物質都無關。第21頁/共58頁2023/1/18康普頓效應的解釋

光子的動量與波長存在一定的關系：

發生碰撞后，光子的動量減小，即光的波長增大。

光子具有動量，康普頓效應顯示了光具有粒子性第22頁/共58頁2023/1/18對光研究的發展史牛頓微粒說，光是一群彈性粒子惠更斯波動說，光是一種機械波麥克斯韋電磁說，光是一種電磁波愛因斯坦光子說，光是一份一份光子組成公認波粒二象性，光是具有電磁本性的物質，既具有波動性，又具有粒子性。光具有波粒二象性，是愛因斯坦的光子說和麥克斯韋的電磁說的統一。第23頁/共58頁2023/1/18光的波粒二象性1、光既具有波動性，又具有粒子性，為說明光的一切行為，只能說光具有波粒二象性。2、理解：①既不可以把光當成宏觀概念的波，也不可以把光當成宏觀或微觀概念中的粒子。②大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性；頻率越低的光波動性越明顯，頻率越高的光粒子性越明顯。③光的波動性不是光子之間的相互作用引起的。④光在傳播過程中往往顯示波動性，在與物質作用時往往顯示粒子性⑤光波是一種概率波概率就是大概的幾率，是一種可能性，而不是確定性。光是不連續的，一分一分的，它可能到達某個地方，若大量光子能到達某地方就表現出波動性。光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。第24頁/共58頁2023/1/18經典粒子任意時刻有確定的位置和速度以及時空中間確定的軌道，是經典物理學中粒子運動的基本特征。經典波具有波長和頻率，即在空間和時間上具有周期性。物質波德布羅意認為，實物粒子也具有波動性。任何一個運動著的物體，都有一種波與之伴隨，遵從這種關系的波稱為德布羅意波。物質波是一種概率波。第25頁/共58頁2023/1/18戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，從而證實了電子（微觀粒子或宏觀物體）的波動性，為此獲得了諾貝爾物理學獎。德布羅意提出的物質波假設獲得了諾貝爾物理學獎。宏觀物體運動時也具有波動性，但觀察不到其波動性，是因為其波長太短，波動性太弱，所以干涉衍射現象不明顯。總結：波粒二象性一切運動物體的共同特性。第26頁/共58頁2023/1/1818.原子結構第27頁/共58頁2023/1/181、陰極射線是高速電子流①在陰極射線管中，陰極射線是由陰極處于熾熱狀態而發射的電子流，通過高壓電對電子加速獲得能量，使之與玻璃上的熒光物質發生撞擊而發光②陰極射線的比荷比氫離子的大2、湯姆孫發現電子湯姆孫測出了陰極射線粒子的比荷，斷定它是帶負電的粒子，后來被稱為電子湯姆孫模型“西瓜模型”或“棗糕模型”第28頁/共58頁2023/1/183、α粒子散射實驗觀測結果：1、絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進。2、少數α粒子發生了較大角度的偏轉。3、極個別α粒子被彈回。第29頁/共58頁2023/1/184、盧瑟福對散射結果的解釋（1）絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進。（2）少數α粒子發生了較大的偏轉。（3）極個別α粒子被彈回。原子內是十分空的，絕大多數α粒子沒有碰上帶正電的質量大的物質。只有少數α粒子離帶正電物質較近。命中率很小，原子內正電荷和原子的質量集中在很小的體積內。只有極個別的α粒子正對著帶正電的物質運動。第30頁/共58頁2023/1/185、盧瑟福的原子核式結構模型

在原子的中心，有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間運動。第31頁/共58頁2023/1/18左手定則1、伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。2、伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向（負電荷運動的反方向），這時拇指所指的方向就是運動的電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。判斷力的方向第32頁/共58頁2023/1/18右手螺旋定則安培定則

判斷磁場和電流方向右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流（磁場）方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線（電流）環繞的方向。光譜：白光通過三棱鏡后得到的彩色光帶叫做光譜用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長（頻率）和強度分布的記錄。第33頁/共58頁(1)連續光譜一、光譜1、發射光譜:由發光體直接產生的光譜形式：連續分布，一切波長的光都有產生：熾熱的固體、液體和高壓氣體發光形成(2)線狀譜(原子光譜)形式：一些不連續的明線組成，不同元素的明線光譜不同產生：單原子的稀薄氣體或金屬蒸汽發光形成的光譜第34頁/共58頁每一種原子都有自己特定的原子光譜，不同原子，其原子光譜均不同是原子的特征譜線(2)線狀譜(原子光譜)第35頁/共58頁2、吸收光譜:熾熱的白光通過溫度較低的物質氣體時，某些波長的光被物質吸收后產生的光譜一、光譜吸收光譜中每一條暗線都跟該種原子的原子的發射光譜中的一條明線相對應吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。表明某種原子發出的光和吸收的光的頻率是特定的，通常吸收光譜中的暗線比線狀譜中的亮線要少一些。故明線和暗線是一一對應的說法是錯誤的。第36頁/共58頁2023/1/18太陽光譜是吸收光譜陽光透過太陽高層大氣射向地球時，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再發射出去，不過這次發射是向四面八方發射。所以到達地球的這些譜線看起來就弱了。這樣就形成了明亮背景下的暗線。與已知元素的譜線相比較，知道太陽高層大氣中含有鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素。太陽的光譜第37頁/共58頁1、光譜分析：

根據光譜來鑒別物質和確定它的化學組成的方法。線狀譜和吸收光譜(原子特征譜線)非常靈敏、迅速。10-10g檢查物質純度、發現新元素和研究天體的化學組成。2、可應用于光譜分析的光譜：3、優點：4、應用：二、光譜分析第38頁/共58頁氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。三、氫原子光譜特點:光譜是分立的亮線（只含幾種特定頻率的光）可見光區電子的運動原子結構光的產生光譜研究第39頁/共58頁三、氫原子光譜巴耳末對氫光譜在可見光區的四條譜線研究得出：其中,R叫里德伯常量,實驗值為：可見光區:巴耳末公式第40頁/共58頁2023/1/18盧瑟福原子的核式結構模型正確提出了原子核的存在，很好的解釋了α粒子散射實驗，但是.........第41頁/共58頁431、矛盾一：2、矛盾二：四、經典理論的困難無法解釋原子的穩定性無法解釋原子光譜的分立性核外電子繞核運動輻射電磁波電子軌道半徑連續變小原子不穩定輻射電磁波頻率連續變化事實上：原子是穩定的輻射電磁波頻率只是某些確定值第42頁/共58頁2023/1/18丹麥的玻爾在普朗克關于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關于光子的概念的啟發下，他在1913年把微觀世界中物理量取分立值的觀點應用到原子系統，提出了玻爾原子結構假說，建立了玻爾原子模型。玻爾第43頁/共58頁2023/1/18玻爾原子模型1、原子中的電子在庫侖力的作用下，繞原子核做圓周運動2、電子繞核運動的軌道是量子化的3、電子在這些軌道上繞核的轉動是穩定的，且不產生電磁輻射。第44頁/共58頁2023/1/18軌道半徑只能夠是一些不連續的、某些分立的數值。玻爾保留了盧瑟福的核式結構以及經典力學的電子在庫侖引力的作用下繞原子核做圓周運動的觀點，但他認為核外電子的軌道是不連續的，它們只能在某些可能的、分立的軌道上運動，而不是像行星或衛星那樣，能量大小可以是任意的量值。例如，氫原子的電子最小軌道半徑為0.053nm，其余的軌道半徑還有0.212nm，0.477nm..........不可能出現介于這些軌道之間的其他值。(一）軌道量子化假說一、玻爾的原子結構假說針對原子核式結構模型提出分立軌道+第45頁/共58頁2023/1/18與軌道量子化對應的能量不連續的現象。電子在可能軌道上運動時，盡管是變速運動，但它并不釋放能量，原子是穩定的，這樣的狀態也稱為定態。由于原子的可能狀態（定態）是不連續的，具有的能量也是不連續的，這樣的能量值稱為能級，能量最低的狀態稱為基態，其他的狀態叫做激發態，對氫原子以無窮遠處的勢能為零點，基態能量E1=-13.6ev。其他能級公式：氫原子各能級對應的能量,n為量子數，對應不同的軌道（基態取n=1，激發態n=2,3,4，……）量子數n越大，表示能級越高。（二）能量量子化假說針對原子的穩定性提出第46頁/共58頁能級：量子化的能量值。定態：原子中具有確定能量的穩定狀態量子數基態：能量最低的狀態（離核最近）——基態激發態：其他的狀態激發態能級圖123軌道與能級相對應Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５E∞第47頁/共58頁說明：氫原子的能量庫侖力提供向心力a.電子的動能：b.原子的電勢能：取電子與核相距無窮遠時的電勢能為零所以原子的能量：原子的能量值是核外電子的動能與原子所具有的勢能的總和r越大，電勢能越大r越大，動能越小r越大，能量越大第48頁/共58頁（1）這里的能量指總能量(即E=Ek+Ep)例如：E1=-13.6eV實際上，其中Ek1=13.6eV，Ep1=-27.2eV。(2)量子數n=1，能量值最小，電子動能最大，電勢能最小；量子數越大，能量值越大，電子動能越小，電勢能越大.第49頁/共58頁2023/1/18原子從一種定態躍遷到另一種定態，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態的能量差決定。hν＝Ｅm-Ｅn（Em>En

）

電子如果從一個軌道到另一個軌道，不是以螺旋線的形式改變半徑大小的，而是從一個軌道跳躍到一個軌道，玻爾將這種現象叫做電子的躍遷。（三）躍遷假說（頻率條件）針對原子光譜是線狀譜提出第50頁/共58頁2023/1/18低能級高能級躍遷（電子克服庫侖引力做功增大電勢能，動能減小，原子的能量增加）吸收光子（電子所受庫侖力做正功減小電勢能，動能增加，原子的能量減少）發射光子光子的發射和吸收第51頁/共58頁2023/1/181、向低軌道躍遷12345∞n量子數-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV處于激發態的原子是不穩定的可自發地經過一次或幾次躍遷達基態躍遷時發射光子的能量：（發射光子）光子的能量必須等于能級差能級差越大，放出光子的頻率就越高說明：由于能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發射光譜只有一些分立的亮線。（原子光譜）二、玻爾理論對氫光譜的解釋輻射第52頁/共58頁氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現．說明：

一群原子和一個原子的躍遷問題一群氫原子處于量子數為n的激發態時，可能輻射出的光譜條數為