5-黑体辐射和氢原子光谱

结构化学复习题及答案⼀、填空题（每空1 分，共 30分）试卷中可能⽤到的常数：电⼦质量（9.110×10-31kg ）, 真空光速（2.998×108m.s -1）, 电⼦电荷（-1.602×10-19C ）,Planck 常量（6.626×10-34J.s ）, Bohr 半径（5.29×10-11m ）, Bohr 磁⼦(9.274×10-24J.T -1), Avogadro 常数(6.022×1023mol -1)1. 导致"量⼦"概念引⼊的三个著名实验分别是⿊体辐射___, ____光电效应____ 和___氢原⼦光谱_______.2. 测不准关系_____?x ? ?p x ≥________________。

3. 氢原⼦光谱实验中，波尔提出原⼦存在于具有确定能量的（稳定状态（定态）），此时原⼦不辐射能量，从（⼀个定态（E 1））向（另⼀个定态（E 2））跃迁才发射或吸收能量；光电效应实验中⼊射光的频率越⼤，则（能量）越⼤。

4. 按照晶体内部结构的周期性，划分出⼀个个⼤⼩和形状完全⼀样的平⾏六⾯体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。

程中，a 称为⼒学量算符A的本征值。

5. ⽅6. 如果某⼀微观体系有多种可能状态，则由它们线性组合所得的状态也是体系的可能状态，这叫做态叠加原理。

7. 将多电⼦原⼦中的其它所有电⼦对某⼀个电⼦的排斥作⽤看成是球对称的，是只与径向有关的⼒场，这就是中⼼⼒场近似。

8. 原⼦单位中，长度的单位是⼀个Bohr 半径，质量的单位是⼀个电⼦的静⽌质量，⽽能量的单位为 27.2 eV 。

9. He +离⼦的薛定谔⽅程为____ψψπεπE r e h =-?-)42µ8(02222______ ___。

10. 钠的电⼦组态为1s 22s 22p 63s 1，写出光谱项__2S____，光谱⽀项____2S 0______。

第13章　早期量子论和量子力学基础13.1　复习笔记一、热辐射 普朗克的能量子假设1．热辐射现象任何固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射，物体向四周所发射的能量称为辐射能．2．基尔霍夫辐射定律（1）辐射相关的物理量单色辐出度M辐出度M （T ）单色吸收比和单色反射比（2）黑体黑体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1．（3）基尔霍夫提出的重要定律在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比的比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度，即式中，表示黑体的单色辐出度，基尔霍夫定律表明，吸收能力强的物体辐射能力也较强．3．黑体辐射实验定律（1）斯特藩-玻尔兹曼定律：黑体的总辐出度随温度的升高而增大，且满足式中，为斯特藩常量，数值上等于．σ（2）维恩位移定律：黑体单色辐出度的峰值波长与温度成反比，即bT =m λ式中，b 是维恩常量，数值上等于．4．普朗克的能量子假设（1）普朗克能量子假设：辐射黑体分子、原子的振动可以看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能．但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不像经典物理所允许的具有任意值．相应的能量是某一最小能量的整数倍ε，其中n 为正整数，称为量子数．这个假设称为普朗克能量子假设．对于频率为v 的谐振子，最小能量为ε＝hv （h 为普朗克常量）（2）普朗克公式式中，c 是光速，k 是玻耳兹曼常量，h 是普朗克常量，h ＝6.6260693（11）×10－34 J·s.二、光电效应 爱因斯坦的光子理论1．光电效应的实验规律（1）实验原理图13-1-1 光电效应实验图如图13-1-1所示，K 为光阴极，A 为阳极，在光照射下阴极可能释放电子，称为光电子．在两极间加上电势差U ，U 不同则形成不同大小的电流由电流计读出，称为光电流．光电流为0时外加电势差的绝对值称为遏止电势差．（2）实验规律①饱和电流单位时间内，受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的强度成正比．②遏止电势差光电子从金属板逸出时具有一定动能，最大初动能等于电子的电荷量和遏止电势差的乘积，与入射光的强度无关．③遏止频率（红限）光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系．当入射光频率小于时，不会产生光电效应．0 ④弛豫时间从入射光开始照射直到金属释放出电子，无论光多微弱，几乎都是瞬时的，弛豫时间不超过．910s 图13-1-2 光电效应的伏安特性曲线图13-1-3遏止电势差与频率的关系2．光的波动说的缺陷按照光的经典电磁理论，金属在光的照射下，金属中的电子将从入射光中吸收能量，从而逸出金属表面．逸出时的初动能应决定于光振动的振幅，即决定于光的强度．因而按照光的经典电磁理论，光电子的初动能应随入射光的强度而增加．但实验结果是，任何金属所释出的光电子的最大初动能都随入射光的频率线性地上升，而与入射光的强度无关．3．爱因斯坦的光子理论把光当成以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子，每一个光子的能量为光电效应解释如下：当金属中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后，可获得能量．如果此能量大于金属表面逸出功A ，这个电子逸出，否则不逸出，与光强无关．光强只决定光子数的多少，决定光电流的大小．根据能量守恒定律，可以得到爱因斯坦光电效应方程式中，是入射光的频率，m 和分别是出射光电子的质量和速度．νmv 4．光的波粒二象性光子的动质量m φ可由相对论的质-能关系式得到m φ的量值应是有限的，视光子的能量而定，而光子的静质量m φ0＝0．光子的动量为动量和能量是描述粒子性的，而频率和波长则是描述波动性的．光的这种双重性质称为光的波粒二象性.三、康普顿效应1．康普顿效应在散射光中，除有与入射线波长相同的射线外，同时还有波长的射线．这种0λ0λλ>改变波长的散射称为康普顿效应．实验结果表明：（1）波长的偏移Δλ＝λ－λ0随散射角φ（散射线与入射线之间的夹角）而异；当散射角增大时，波长的偏移也随之增加，而且随着散射角的增大，原波长的谱线强度减小，而新波长的谱线强度增大；（2）在同一散射角下，对于所有散射物质，波长的偏移Δλ都相同，但原波长的谱线强度随散射物质的原子序数的增大而增加，新波长的谱线强度随之减小．2．光子理论的解释将光子当作能量为、动量为的粒子，与电子发生弹性碰撞，根据动量守恒和能量守恒（电子动能应考虑狭义相对论修正），得到康普顿公式式中，称为康普顿波长．四、氢原子光谱 玻尔的氢原子理论1．氢原子光谱的规律性氢原子发光频率满足以下里德伯方程式中，是波数，k ＝1,2,3,…，n ＝k ＋1,k ＋2,k ＋3,…，R 是里德伯常量，其大小为ν%2．玻尔的氢原子理论玻尔理论的基本假设：（1）定态假设：原子系统只能处在一系列不连续的能量状态，在这些状态电子不辐射也不吸收电磁波．（2）频率条件：当原子从一个能量为的定态跃迁到另一个能量为的定态时，会n E k E 发射或吸收一个频率为的光子．kn ν（3）量子化条件：电子绕核作圆周运动，其稳定状态的角动量L 需满足。

考点一光电效应1．与光电效应有关的五组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

光子是因，光电子是果。

(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。

2.对光电效应规律的理解1)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。

2)能否发生光电效应,不取决于光的强度和光照时间而取决于光的频率。

任何一种金属都有一个截止频率,入射光的频率低于这个频率则不能使该金属发生光电效应。

3)光电效应的发生几乎是瞬时的。

4)五个关系：最大初动能与入射光频率的关系:E k=hν-W0（光电子的最大初动能与入射光的强度无关）．最大初动能与遏止电压U c的关系:E k=eU c,U c可以利用光电管实验的方法测得．逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。

光子频率一定时光照强度与光电流的关系：光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．光子频率与最大初动能的关系：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．(5)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。

(6)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0,则光电子的最大初动能为零,入射光的频率就是金属的截止频率。

此,可求出截止频率。

时有hνc=W0,即νc=W0h考点二光电效应的图像问题1.解答光电效应有关图像问题的三个“关键”1)明确图像的种类。

第一章 原子结构知识要点一 核外电子运动规律的特殊性1 能量量子化——黑体辐射、光电效应、氢原子光谱玻尔理论：氢原子或类氢原子核外电子的能量：single-electron systemE = -13.6Z 2/n 2ev 1ev = 1.6×10-19J释放光子的能量：△E = h γ释放光子的波长：λ= △E/hc h = 6.626×10-34J.s2 波粒二象性：德布罗意关系式： p = h/λ海森堡测不准原理： △x.△p ≥ h/2π电子衍射实验证明了电子运动的波动性，但物质波是一种几率波，不同于一般声波、电磁波和机械波，其衍射强度表示电子出现几率的大小。

3 薛定谔方程0)(822222222=-+∂∂+∂∂+∂∂ψπψψψV E hm z y x二 核外电子运动状态的描述 1波函数 薛定谔方程的解，表示核外电子在三维空间运动状态的数学表达式，每一个波函数ψ都表示电子的一种运动状态，以及与这一状态相对应的能量。

2波函数的几种图解法： 坐标变换，变量分离： ψ(x,y,z) = R n,l (r)Y(θ,φ)径向（几率）分布图： D(r) = 4πr 2ψ2—r几率峰的数目 = n － l节面的数目 = n － l －1ψ－量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，波函数，即原子轨道E －轨道能量（动能与势能总和 ）m －微粒质量h －普朗克常数 V －势能 x , y , z 为微粒的空间坐标3d 与4s轨道的径向分布图原子轨道角度分布图：Y(θ,φ)—θ,φ电子云角度分布图：Y2(θ,φ)—θ,φ3 几率密度与电子云2ψ表示电子在核外空间某处单位体积内出现的几率，即几率密度；电子云则是几率密度的形象化描述。

4 原子轨道与电子云的区别，并牢记它们的图形。

原子轨道角度分布图是波函数角度部分Y(θ,φ)随θ,φ变化的图形，其值可正可负，图形略胖些；电子云角度分布图是Y2(θ,φ)随θ,φ变化的图形，只取正值，且图形略瘦些。

物理人教版高中选修3-5物理选修3-5_知识点总结提纲_精华版-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN高中物理选修3-5知识点梳理一、动量动量守恒定律1、动量：可以从两个侧面对动量进行定义或解释：①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。

②动量是物体机械运动的一种量度。

动量的表达式P = mv。

单位是skg .动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。

因为速度是相对的，所以m动量也是相对的。

2、动量守恒定律：当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。

动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。

运用动量守恒定律要注意以下几个问题：①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义。

②对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间内，系统内部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作用力大，就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。

③计算动量时要涉及速度，这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物。

④动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和，而不是代数和。

⑤动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。

有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零，那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。

⑥动量守恒定律有广泛的应用范围。

只要系统不受外力或所受的合外力为零，那么系统内部各物体的相互作用，不论是万有引力、弹力、摩擦力，还是电力、磁力，动量守恒定律都适用。

系统内部各物体相互作用时，不论具有相同或相反的运动方向；在相互作用时不论是否直接接触；在相互作用后不论是粘在一起，还是分裂成碎块，动量守恒定律也都适用。

3、动量与动能、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较。

动量与动能的比较：①动量是矢量, 动能是标量。

卷别：A 卷运算过程中可能用到的部分物理常数：s J h ⋅⨯=-3410626.6； MeV fm ke⋅=44.12；keV nm hc ⋅=24.1； M e V fm c ⋅=197 ；MeV kg m p 272.93810672.127=⨯=-；MeV kg m e 511.01011.931=⨯=-；MeV kg m n 566.93910675.127=⨯=-；MeV kg u 494.93110661.1127=⨯=-。

一、判断题（每小题2分，共20分）1. 对于黑体辐射问题，据经典电动力学和统计物理学导出的瑞利-金斯公式在低频部分与实验相符，但在高频部分与实验的偏差很大。

这就是所谓的“紫外空难”。

（ ）2. 玻尔理论既有电子绕核运动的定态概念，又认为电子按经典轨道运动且有确定的位置和动量，这在理论上是矛盾的，因而也是不能用于解决实际问题的。

（ ） 3. 设一个速度为v 的粒子在宽为d 的刚性盒子中作一维运动，用量子观点分析，被束缚粒子的动量和能量均呈量子化。

（ ）4. 氢原子光谱为一套谱线系，这套谱线系依n 的不同又分为赖、巴、帕、布、普五个线系；而氦原子光谱明显地分成两套谱线系，这是由于氦原子两个价电子的S L -耦合使其有单态和三重态的能级结构所致。

（ ）5. 据海森堡不确定关系，粒子的坐标位置及相应的动量是不可能测准的。

（ ）6. 电子壳层的填充：按泡利原理从低能量状态开始填充，填满最低能态后才依次填充更高的能态。

（ ）7. 核力是短程性的强相互作用。

核力与核子是否带电有关。

（ ） 8. 维持自持链式反应的条件：中子的再生率≥1。

（ ）9. 核子平均结合能高达MeV 6.8，这是由于核力使核子紧密结合的缘故。

（ ） 10. 中子因为不带电而穿透能力很弱。

（ ）二、填空题（每空4分，共20分）1. 质子和电子是物质微观结构中的重要粒子，研究表明：=epm m。

2. 某原子的2=n 时，它的核外电子可能具有的状态数为 。

第⼀章练习题及答案第⼀章⼀、单项选择题（每⼩题1分）1．⼀维势箱解的量⼦化由来（）a. ⼈为假定b. 求解微分⽅程的结果c. 由势能函数决定的d. 由微分⽅程的边界条件决定的。

答案：d.2．下列算符哪个是线性算符（）a. expb. ▽2c. sind.答案：b.3．指出下列哪个是合格的波函数(粒⼦的运动空间为0→+∞)（）a. sinxb. e-xc. 1/(x-1)d. f(x) = e x ( 0≤ x ≤ 1); f(x) = 1 ( x > 1)答案：b.4．基态氢原⼦径向分布函数D(r) ~ r 图表⽰（） a. ⼏率随r 的变化b. ⼏率密度随r 的变化c. 单位厚度球壳内电⼦出现的⼏率随r 的变化d. 表⽰在给定⽅向⾓度上，波函数随r 的变化答案：c.5.⾸先提出微观粒⼦的运动满⾜测不准原理的科学家是（）a.薛定谔b. 狄拉克c. 海森堡 c.波恩答案：c.6．⽴⽅势箱中22810ma h E <时有多少种状态（）a. 11b. 3c. 7d. 2答案：c.7.⽴⽅势箱在22812mah E ≤的能量范围内，能级数和状态数为（），20 b. 6，6 c. 5，11 d. 6，17答案：c.8．下列函数哪个是22dxd 的本征函数（）a. mx eb. sin 2xc. x 2+y 2d. (a-x)e -x答案：a.9．⽴⽅势箱中2287ma h E <时有多少种状态（）a. 11b. 3c. 4d. 2 答案：c.10．⽴⽅势箱中2289ma h E <时有多少种状态（）a. 11b. 3c. 4d. 2 答案：c.11.已知x e 2是算符x P的本征函数，相应的本征值为（） a.ih 2 b.ih 4 c. 4ih d.πi h 答案：d.12．已知2e 2x 是算符xi ??-η的本征函数，相应的本征值为（）a. -2b. -4i ηc. -4ihd. -ih/π答案：d.13.下列条件不是品优函数必备条件的是（） a. 连续 b. 单值 c. 归⼀ d. 有限或平⽅可积答案：c. 16．氢原⼦基态电⼦⼏率密度最⼤的位置在r ＝（）处a. 0b. a 0c. ∞d. 2 a 0答案：a.ψ的简并态有⼏个（）17．类氢体系m43a. 16b. 9c. 7d. 3答案：a.18.对氢原⼦和类氢离⼦的量⼦数l，下列叙述不正确的是（）a. 它的取值规定了m的取值范围b. 它的取值与体系能量⼤⼩有关c. 它的最⼤取值由解R⽅程决定d. 它的取值决定了轨道⾓动量M的⼤⼩答案：b.ψ的径向节⾯数为（）321a. 4b. 1c. 2d. 0答案：d.ψ的径向节⾯数为（）22．Li2＋体系3pa. 4b. 1c. 2d. 0答案：b.的径向节⾯数为（）23．类氢离⼦体系Ψ310a. 4b. 1c. 2d. 0答案：b.24．若l = 3 ，则物理量M z有多少个取值（）a. 2b. 3c. 5d. 7答案：d.25．氢原⼦的第三激发态是⼏重简并的（）a. 6b. 9c. 12d. 16答案：d.26．由类氢离⼦薛定谔⽅程到R，○H，Ф⽅程，未采⽤以下那种⼿段（）b. 变量分离c. 核固定近似d. 线性变分法答案：d.27．电⼦⾃旋是（）28．具有⼀种顺时针或逆时针的⾃转b. 具有⼀种类似地球⾃转的运动c. 具有⼀种⾮空间轨道运动的固有⾓动量d. 因实验⽆法测定，以上说法都不对。