光学原子物理宇宙

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1、第十五章光的波粒二象性§15.1早期的微粒说和波动说一、牛顿的微粒说牛顿认为光是一种沿直线前进的弹性粒子二、惠更斯的波动说惠更斯认为光是某种振动以波的形式向外传播三、麦克斯韦的电磁波理论四、爱因斯坦的光子说光由光子组成，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子具有能量Ｅ＝ｈν．h=6.63×10－34J·s五、光的波粒二象性：个别光子的行为显示出粒子性；大量光子的作用显示出波动性§15.2光的干涉(InterferenceofLight)一、光的干涉定义：由两束振动情况完全相同的光在

2、空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互削弱的现象。干涉条件（相干光源）两列波具有相同的频率；相同的振动方向；有固定的相位差。二、杨氏双缝干涉实验杨氏实验的解释杨氏双缝干涉条纹等间隔；对双缝的要求：间距小，到单缝的距离相等。波长长则间隔宽；亮区和暗区逐渐变化；白色光由多种色光组成，干涉亮区位置不同而出现彩色条纹;三、薄膜干涉实验四、干涉现象的应用：检查精密零件的表面质量；增透膜（氟化镁）；全息照相。§15.3光的衍射(DiffractionofLight)一、光的衍射：当光通过狭缝(或障碍物)的时候，光

3、会偏离直线路径绕到狭缝(或障碍物)阴影里去的现象。衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或圆环1.单缝衍射2.小孔衍射3.圆屏衍射(泊松亮斑)干涉和衍射是波特有的现象，光的干涉和衍射现象表明光具有波动性。光是一种电磁波，可见光的频率范围在3.84×1014－7.69×1014Hz之间的电磁波。§15.4光电效应一、光电效应光电效应：在光的照射下物体表面发射出电子的现象（1887年赫兹发现）。光电效应中发射出的电子称为光电子2、光电效应的规律：（1）瞬时性：光电子的发射几乎是瞬时的，在入射光照后发射的时间不会超过10－9

4、秒；（2）极限频率（截止频率或红限）：任何一种金属都有一个能产生光电效应的最低极限频率；196.2260372540660/Nm15.311.58.075.564.55/1014Hz铂银锌钠铯（3）饱和光电流强度与入射光强度成正比。（4）最大初动能光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，而与入射光的强度无关；几种金属的极限频率和红限波长二、爱因斯坦光子说：光辐射能并不象电磁理论所述的连续分布；2、光由光子组成，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子具有能量与频率成正比ν为光的频

5、率，h＝6.63×10-34J·S（普朗克常量）光子说对光电效应的解释：瞬时性：极限频率和逸出功：第十六章物质的微观结构§16.1原子的核式结构一、电子的发现，证实了原子是可分的。电子是原子的组成部分。1897年，汤姆生通过一系列关于阴极射线的实验，得出了如下结论：原子是可以分割的。这些粒子无论是从哪一种原子里得到的，都具有相同的质量，且都带负电荷。这些粒子的质量小于一个氢原子质量的千分之一。汤姆生将组成阴极射线的粒子定名为“电子”。二汤姆生提出了“葡萄干蛋糕模型”原子里面正电荷的物质均匀地分布在整个原子球体中，

6、而负电荷的电子则一粒粒地镶嵌在球内。三粒子散射实验1909年，卢瑟福的粒子散射实验否定了汤姆生的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型。1、实验装置2、结果：绝大多数粒子穿过金箔后只有2－3度偏转，但有少数粒子发生了大角度偏转，甚至接近180o四、卢瑟福原子核式结构模型在原子中心有一个很小的核心部分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。带负电荷的电子在核外空间绕核做高速运动。我们从实验还可以得出：原子核的大小约10-15～10-14米；原子半径和原子核半径之比：r原子:r原子核≈104

7、:1～105:1存在的矛盾：由于电子运动轨道半径不断减小，电子最终要落到原子核上，表明原子是不能稳定存在的。电子运动所辐射的电磁波的频率应该是连续变化的，因而应观察到连续光谱。五、玻尔模型定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子才是稳定的，称为定态。处在定态中的原子的核外电子虽然作绕核高速运动，但并不向外辐射能量。能量跃迁：原子只有在从一种能量为E初的定态跃迁到另一种能量为E末的定态时，才会发射或者吸收辐射能，辐射能由两定态的能量差决定。玻尔模型在解释氢原子光谱时取得了一定的成功，但是也存在

8、着一系列难以克服的困难;它不能解释只比氢原子多一个核外电子的氦原子光谱。§16.3原子核(Nucleus)一、质子(proton)的发现1919年卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子二、中子(neutron)的发现1930年查德威克用α粒子轰击铍核，发现了中子中子质量接近于质子质量，只比后者大千分之一特性：不带电、穿透本领强。三、原子核的组成原子核由质子和中子组成的。质子和