高考物理最新教案-高中物理教师备课资料：微观世界与量子论 精品(3)

(沪科J)从光谱分析人手，通过分析论证让学生理解原子光谱是一些分立值，它跟原子发射和吸收光子有关，并由此引人玻尔理论。本教材以对光的探究为线索，讲解相对论和量子论的思想，这和过去的教材相比有着鲜明的特点。

-34

(沪科J)连续光谱表示相应物质发着各种不同波长的光，或者说这些物质发着任何能量的光子。线状光谱则表示相应物质只发出标志其特征的波长的光，或者说，它们只发出具有确定能量的光子。这是接下来进行分析论证的基础。）

那么，光洁是怎样卢十的呢?为什么有时观察到的是连续光谱．有时观察到的是线状光谱呢? (沪科K)分析论证

1911年．卢瑟福(F．Rulheffortl)提出原子核式结构模型，并为实验所证实、该模型表明，原子是由原子核和绕核旋转的电子组成的，原厂中央带正电的原子核几乎集中了原子的全部质量，按照经典物理学理沦，当带电粒子做加速运动时要连续不断地辐射电磁波 电磁能量的不断释放，必然导致原子系统能量的不断减少，电子轨道半径将随之不断减小 随着电子运动轨道十径的不断减小。辐射电磁波的频率将发生连续变化 因此，任何物体发出的光谱都应是连续光谱。

然而，如果用分辨率较高的摄谱仪去拍摄原子光谱，特别是拍摄放电气体的光谱，我们却发现厂线状光谱。但是．经典物理学不能解释线状光谱的产生机理。

玻尔(N.Bohr，1885-- 1962)．丹麦物理学家因提出他的原子结构模型，获得1922年的诺贝尔物理学奖

（注：(沪科J)卢瑟福提出的原子核式结构模型能很好地解释实验现象，但按照经典物理学理论，这种模型下的原子应是不稳定的，正如教材中的分析：任何物体发出的光谱都应是连续的光谱。经典物理理论在解释原子线状光谱时再一次遇到了困难!）

(沪科K)为了解释线状光谱，1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上，把普朗克的量子概念及爱因斯坦的光子概念引用到原子系统，对线状光谱作出了解释。

玻尔认为．原子巾电子的轨道半径数值不是任意的，它只能取某些分立的数值，即轨道半径是量子化的-玻尔利用景简单的氢原子阐述了这一观点：氢原子处于某一稳定状态时，核外电子在相应半径的轨道上运动，氢原子处于不同的状态，核外电子便在不同半径的轨道上运动．原子便具有不同的能量，而轨道半径是量子化的，因此，原子的能量也是量子化的。

我们把这些不连续的能量状态．称为原子的能级。氢原子的能级如图6-19所示。

通常原于是处在能量最低的状态，这个状态称为基态；其他各稳定状态的能量都大于基态的能量，称为激发态，或受激态。

原子处于基态时最稳定，而处于激发态的原子会自动地跃迁到能量较低的激发态或基态，同时释放出—个能量为这两个状态能量之差的光于，这就是原子发光原理。原子从能级Em跃迁到能级En时，发射或吸收的光子的频率由下式决定：

hv?|Em?En|

由此式可见，由于原子的能级不连续，辐射光子的能量也不连续。反映在光谱上．原子辐射的光波的频率只有几个分立的值。按照玻尔的理论计算得到的氢原子光谱中谱线的位置，与实验观察的结果符合得很好。这表明玻尔的理论在解释氧原子光谱的规律性方面是十分成功的，同时也说明了这个理论在一定程

度上反映了原子内部的运动规律。 3．（鲁科K）物质的波粒二象性

（鲁科K）有两种有关光的本性的认识：光的波动性和光的粒子性。光是电磁波，它的波动性是我们所熟悉的。光是物质，具有能量。那么，它的粒子性又如何呢?

牛顿是光的微粒学说的创始人。牛顿认为，光是从光源射出的具有高速度的粒子流。微粒学说可以解释光的反射、折射、光的颜色等，因此在18世纪粒子说得到许多人的认可。但是，微粒说不能解释光的干涉、衍射等现象。荷兰物理学家惠更斯认为，光像水波一样，也是一种波，叫光波。19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示出：光是一种电磁波。因此到19世纪，波动说才代替微粒说，得到大家的承认。

到20世纪，由于光电效应的出现，人们发现用电磁波来解释这一效应又出现困难，这就触发了人们对光的本质的再认识。

年轻的爱因斯坦第一个意识到普朗克量子假设的革命性意义，即能量量子化与牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论是不相容的。同时，他还进一步发展了普朗克的能量量子概念，并大胆地提出了光量子假设。爱因斯坦认为，光是不连续的、分成许多单元的、具有一定能量的物质，这些单元叫做光量子。人们当时并未充分意识到能量量子化假设与麦克斯韦经典电磁场理论是不相容的，而光量子假设却将这种不相容性表现得更为明显。因此，即使是量子化的首创者普朗克都拒绝接受光量子概念。1915年，美国物理学家密立根用实验精确证实了爱因斯坦给出的光电效应定律，但他本人并不相信光量子的存在。直到 1922年，康普顿效应的发现才最终令人信服地验证了光量子假说的正确性，使光量子概念开始为人们所接受。随后，光量子正式被命名为光子(photon)。

光具有波粒二象性。它在一定的条件下，突出地表现出微粒性，实质为不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性。

法国物理学家德布罗意通过研究、分析、类比，灵感的火花闪过他的脑际，他意识到，既然光具有波粒二象性，那么静质量不为零的物质粒子，如电子，也应当具有波的性质。德布罗意进一步提出了物质波理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波被称为物质波，又称为概率波。德布罗意理论揭示了物质(包括光和电子)的统一性。

物质波的假说一经提出，很快就为一系列实验所证实。例如，1927年，美国贝尔实验室的戴维孙(C．J．Davisson)、革末 (L．U．Germer)及英国的汤姆孙(G．P．Thomson)通过电子衍射实验，在接收屏上得到了与光波一样的衍射图样(图6-20、图6-21)。电子能发生衍射现象，表明它具有波动性。微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但是极不明显，而被忽略不计。

总之，光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。应当明确，粒子性或量子性的本质在于不连续性；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波模式。

物质的波粒二象性已被应用于实践。例如，人的眼睛无法辨别大小在微米以下的物体。要想看到这样小的东西，可以利用光学显微镜。对于光学显微镜来说，它能够分辨的物体尺度与它使用的光的波长成正比，波长越短，能够看清的东西就越小。一般光学显微镜使用的是波长介于0．39～0．76? m之间的可见光，用它可以分辨相距0．2? m的两个小点。要观察更小的物体和结构就需要更短的波长。人们发现电子在150V电压下的波长为0．1nm，这个尺度刚好是原子的尺度。因此，可以利用电子的波动性来设计制造电子显微镜(图6-22)。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说高考高中高考物理最新教案-高中物理教师备课资料：微观世界与量子论 精品(3)在线全文阅读。