35物理原子物理部分知识点汇总

17章：波粒二象性准备知识（1） 各种常见电磁波频率从小到大（即波长从大到小）排列顺序为：无线电波、红外线、可见光（红橙黄绿蓝靛紫）、紫外线、X射线、射线（2）经典的粒子和经典的波经典的粒子（实物粒子）：有一定的质量和空间的大小，在任意时刻有确定的位置的速度，在时空中有确定的轨道。经典的波：具有确定的频率和波长，具有时空的周期性17.1能量量子化1.热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。2. 黑体：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波，如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。3. 黑体的辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值班向波长较短（即频率大）的方向移动。4. 普朗克的能量子假说（1） 能量量子化：宏观物体的能量是连续的，而普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的，即带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。（2） 能量子：不可再分的最小能量值叫做能量子，带电微粒在辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收的，且，式中的是电磁波的频率，叫做普朗克常量，其值17.2光的粒子性2.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称为光电效应，逸出 的电子叫光电子。3.光电效应的实验规律:当A板接正极，K板接负极时，电子逸出后做加速运动，电路中存在饱和电流。在光照条件不变的情况下，A极与K极间的电压增大，则电路中电流也增大,，并且电流会趋于一个最大值，然后电压再增大，电流也不会增大，这个最大电流叫饱和电流。注明：入射光越强，则单位时间里的光子数越多，从K板中逸出的电子就越多，电荷量Q就越大，所以，饱和电流就越大。即光越强，饱和电流越大。当A板接负极，K板接正极时，电子逸出后做减速运动，电路中存在遏止电压。 A极与K极间的电压增大，则电路中电流要减小,，当电压大到某一数值，电路中的电流会为0，此时， 这个电压值叫做遏止电压。存在截止频率光电效应具有瞬时性。 从光照射到金属表面到其表面逸出光电子的时间一般不超过10-9S，即光电效应几乎是瞬时的。4. 爱因斯坦光电效应方程光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为 的光的能量子能量为这些能量子被称为光子。爱因斯坦光电效应方程：在光电效应中，金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 ，这些能量一部分用来克服金属的逸出功 ，剩下的表现为逸出后电子的初动能够 ，即：注明：当光子的能量 刚好等于金属的逸出功 时，即 ，此时算出的频率即为截止频率。5. 康普顿效应：在光的散射时，除了有与入射光波长相同的光，还有比入射光波长大的光（即频率比入射光小），这种现象称为康普顿效应。解释：当光子进入到物体内部时，某些光子可能与物体内部的电子碰撞，使光子的能量减小，即光子频率减小（波长变大）。综述：光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子还具有动量，两种效应深入地揭示了光具有粒子性。17.3粒子的波动性1. 光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性。能表明光具有波动性的现象有光的干涉、衍射等，能表明光具有粒子性的现象有光电效应、康普顿效应等。2. 粒子的波动性法国物理学家德布罗意提出，实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应波相联系，且粒子的能量和动量跟它对应的波的频率和波长之间，也满足 这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。3. 物质波的实验验证1927年戴维孙的GP汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子衍射图样，从而证实了电子具有波动性。4. 大量光子产生的效果表现出波动性，少量光子主要表现出粒子性。频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强从光子的概念上看，光波是一种概率波.18章：原子结构18.1、电子的发现和汤姆生的原子模型：1.电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。2.汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。（西瓜模型或枣糕模型）18.2、粒子散射实验和原子核式结构模型1.粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的.装置：如右图。现象：a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b. 有少数粒子发生较大角度的偏转c. 有极少数粒子的偏转角超过了90，有的几乎达到180，即被反向弹回。2.原子的核式结构模型：由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径约为10-15m，原子轨道半径约为10-10m。18.3.光谱1.光谱定义：用光栅或棱镜把可见光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱2.光谱分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱有的光谱看起来不是一条条分布的谱线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱3.特征光谱：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频率的光不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征光谱4.光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫作光谱分析18.4.玻尔的原子模型1.原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）a电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。2.玻尔理论上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：轨道量子化假设，玻尔认为，电子绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律，但轨道不是任意的，只有半径符合一定的条件时，这样的轨道才是可能的，也就是说，电子的轨道是量子化的，电子在这些轨道上绕核的转动的稳定的，不产生电磁辐射。定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一个定态（设能量为Em）跃迁到另一定态（设能量为En）时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=EmEn3.玻尔的氢子模型：氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，（包括电子的动能和原子的热能。）氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。19章：原子核19.1.原子核的组成1.天然放射现象（1）天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。（2）放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性（3）放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素（4）天然放射现象：某种元素自发地放射射线的现象，叫天然放射现象。原子序数大于或等于83的元素，都能自发地以出射线。原子序数小于83的元素，有一些也能放出射线。这表明原子核存在精细结构，是可以再分的。2. 放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如：图1射 线 种 类射 线 组 成性 质电 离 作 用贯 穿 能 力速度射线氦核组成的粒子流很 强很 弱约1/10C射线高速电子流较 强较 强0.99C射线高频光子很 弱很 强C3、原子核的组成原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子在原子核中有：质子数等于电荷数、核子数等于质量数、中子数等于质量数减电荷数19.2原子核的衰变 衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒衰 变 类 型衰 变 方 程衰 变 规 律 衰 变新 核 衰 变新 核 在衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子，即：.辐射伴随着衰变和衰变产生，这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。19.4放射性的应用与防护1.放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷，即：反应生成物P是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素有以下特点：1、放射强度容易控制2、可以制成各种需要的形状3、半衰期更短4、放射性废料容易处理放射性同位素的应用：利用它的射线A、由于射线贯穿本领强，可以用来射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫射线探伤仪B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决放射性的防护：在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源补充：核反应方程 1.熟记一些实验事实的核反应方程式。卢瑟福用粒子轰击氦核打出质子： 贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象：衰变： 衰变： 查德威克用粒子轰击铍核打出中子（发现中子）： 居里夫人发现正电子： 轻核聚变： 重核裂变：2.熟记一些粒子的符号 粒子（）、质子（）、中子（）、电子（）、氘核（）、氚核（）3.注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的。19.5核力与结合能1. 核力定义：原子核内核子之间的相互作用。特点：核力是强相互作用的一种，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。核力是短程力。核力的饱和性，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。2. 原子核中质子与中子的比例自然界中，较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数要大于质子数。越重的元素，两者相差越大。（具体解释看课本80页中间部分）3. 结合能与质量亏损结合能：把原子核分解为独立的核子，所需要的能量，叫做原子的结合能。比结合能：结合能与核子数之比称为比结合能。质量亏损：核反应前与后的总质量之差，损失的能量：19.6重核裂变 核聚变 释放核能的途径裂变和聚变裂变反应：裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如：链