高三物理复习资料原子物理基础知识

1、高三物理复习资料原子物理基础知识2016.10.26一、黑体和黑体辐射1 .热辐射现象：任何物体在任何 温度下都要发射各种 波长的电磁波,并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关,所以称为热辐射。2 .黑体：物体具有辐射能量的本领,又有吸收外界辐射来的能量的本领。绝对黑体(简称 黑体”)是指能够完全吸收入射的各种(填 各种”或 部分”)波长电磁波而 不发生反射的物体，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度 有关。3 .实验规律：(1)随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短 方向移动。二、光电效应现象1 、光电效应：光电效

2、应：物体在光包括 不可见光的照射下发射电子的现象称为光电效应。2 、光电效应的研究结论： 任何 金属,都有一个极限频率，入射光的频率必须大于 这个极限频率,才能产生光电效应；低于 这个频率的光不能产生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s;当入射光的频率大于极限频率时，入射光的强度越强，单位时间内发射的电子数越多。3、光电效应的应用：光电管：光电管的阴极表面敷有碱 金属,对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为 光电流。注意：光电管

3、两极加上正向电压，可以增强光电流。光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，上射光的频率无关。入射光的强度越大, 光电流越大。遏止电压 U。回路中的 光电流 随着反向 电压的 增加而 减小，当 反向电 压 U满足：12-mvmax eUo,光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率 有关。24 、波动理论无法解释的现象：不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大,都不能产生光电效应。光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，

4、与频率有关。光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射 的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间 就产生了光电子.5 、普朗克常量：普郎克在研究电磁波辐射时，提出 能量量子 假说:物体热辐射所发出的电磁 波的能量是不连续的，只能是 hv的 整数倍，hv称为一个 能量量子。即能量是一份一份的。其 中v辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量。6 、光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割 的能量子组成，每一个能量子叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率v成正比，E=_hv_,其中：h是普朗克常量.7 、光电效应方程(1)逸出功

5、W:电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力所做功的最小值(2)光电效应方程：如果入射光子的能量 hv大于逸出功 W,那么有些光电子在脱离金属表面 后还有剩余的动能 一一根据能量守恒定律，出射光子的最大初动能 E与入射光子的能量 hv、逸出功1 01W的关系式是 hv mvlax W0(其中 一mvtx是指出射光电子的最大初动能。)2 2(3)光电效应的解释：极限频率： 金属内部的电子一般一次只能吸收一个光子的能量，入射光子的能量hv小于逸出功 W 时,电子不可能逸出，这就是光电效应存在极限频率的原因。1212遏制电压：由hv - mvmax W0和 mvmax eU0有：hv eU0

6、W0,所以遏制电压只与 22入射光频率有关，与入射光的强度无关，这就是光电效应存在遏制电压的原因。三、康普顿效应(表明光子具有动量)1、康普顿效应：用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变 上，这个现象叫康普顿效应。康普顿效应是验证光的波粒二象性 的重要实验之一。2、康普顿效应的意义： 证明了爱因斯坦光子假说的正确性，揭示了光子不仅具有能量，还具有动量。光子的动量为p h/3、现象解释：碰撞前后光子与电子总能量守恒，总动量也守恒。碰撞前，电子可近似视为静止的，碰撞后，电子获得一定的能量和动量， X光子的能量和动量减小， 所以X射线光子的波长 入变长。 四、原子核式结构模型1 、电子

7、的发现和汤姆生的原子模型：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。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。2、粒子散射实验和原子核结构模型粒子散射实验：1909年，卢瑟福 及助手盖革和马斯顿完成的. 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。原子的核式结

8、构模型：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。原子轨道半径约为10-10mi由“粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是 10%五、玻尔原子模型1 、光谱光谱分析(1)各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率 的光。不同原子的亮线位置 不同，说明不同原子的 发光频率 是不一样的,因此这些亮线称为原子的特征谱线。(2)光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特定波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光谱中

9、的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线,用来进行光谱分析。2 、氢原子光谱氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。1885年，巴耳末 对当时已知的,在 可见 光区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：111、R障2)°2 n n=3, 4, 5,式中R叫做里德伯常量，这个公式成为巴尔末公式。除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外 和 紫外光 区的其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。氢原子光谱是线状谱，具有分立 特征,用 经典的电磁 理论无法解释。3 、玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数 n叫量子数。) 玻尔的三条假设(量子化)轨道量子化

10、：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于 不同 的状态。量子化的。这些 能量量子化：原子在不同的状态中具有不同的能量，因此，原子的能量是 量子化的能量值叫做能级，原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫做基态， 其他状态叫做 激发 态。跃迁假设：频率条件（辐射条件）。当电子在能量较高的定态 轨道（其能量记为 E）和能量较低的定态轨道（能量记为En, m>n），间跃迁时，会辐射或吸收光子的能量h干E-E 。能级向高能级跃迁时只能吸收定频率的光子;而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E /3.6eV的任何光子，所吸收的能量除

11、用于电电子从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级 跃迁时可能是 吸收 光子,也可能是由于 碰撞 （用加热的方法， 使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低离外，都转化为电离出去的电子的动能）（2）解释氢原子光谱根据玻尔理论，不同原子的结构不同，能级不同，可能辐射的光子就有不同的波长。所以每种原子都有自己特定的线忧港此这些谱线也叫元素的特征谱线。（3）玻尔理论的局限性。由于引进量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。 但由于它保留了过多的经典物理理论 （牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。六、原子

12、核的组成1、天然放射现象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。玛丽居里 和皮埃尔居里发现放射性元素针Po和镭Ra.放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素天然放射现象：某种元素自发地放射射线的现象,叫天然放射现象。（2）各种放射线的性质比较种类本质质量（u）电荷（e）顺（c）电离性贯穿性a射线氨核4+20.1最强最乱纸i时当住3射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几毫米铝板丫射线7001取习习最强，穿几厘米铅版（3）如果一种元素具有放射性，无论它是以

13、单质存在还是以化合物 存在,都具有放射性。放射性的强度也 不受 温度、外界压强的影响。这说明，射线来自原子核。这说明原子核内部是 <结构 的,是可以再分的。2 、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 质量数减电荷数七1.半衰期衰变：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a衰变ZAX A 4Y24He新核质量数减少4电荷数减少26衰变ZAXzaY0e新核质量数不变电荷数增加1在3衰变中新核质子数多一个，而质量数不变

14、是由于反应中有一个中子变为一个质子和一个电子丫衰变：原子核处于较高睁，辐射 光子后跃迁到 低能 级,丫辐射伴随着。衰变和3衰变产生,这时放射性物质发出的射线中就会同时具有。、3和丫三种射线。半衰期：放射性元素的原子核有半数 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物理状态没有关系。t1 TNt No（对大量原子核的统计规律）计算式为： 2 N表示核的个数，此式也可以演变成mtt1 Tm0 - nt2或t1 T no2 ，式中m表示放射性物质的质量,n表示单位时间内放出的射线粒子数。精选资料，欢迎下载以上各式左边的量都表示时间 t

15、后的 剩余 量。八、放射性的应用与防护放射性同位素1、核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,成为核反应。144171卢瑟福用a粒子轰击氨核打出质子：7N 2He 801H94121查德威克 用a粒子轰击被核打出 小王：4 Be 2He 6C 0n2 、同位素：具有相同的质子数和不同 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。30 >1934 年，约里奥一居里夫妇发现经过 a粒子轰击的铝片中含有放射性磷 15P,即:30 P 34Si 0e4273012 He 13Al15P 0n30反应生成物15 P是磷的一种同位素,自然界没有天然的30

16、15P,它是通过核反应生成的人工放射性同位素。放射强度容易控制、可以制成各种需要与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：的形状 半衰期更口 放射性废料容易处理3、放射性同位素的应用：利用它的射线A 、由于丫射线 贯穿 本领强,可以用来 丫射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫 丫射线探伤仪.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 曼里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4

17、 、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，尽可能远离放射源九、核能结合能1 、核力：原子核间存在一种核力，将核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核。核力是强相互 作用的一种表现，在原子核尺度内，比库仑力士得多；核力是短程力，作用范围在 1.5 X10-15m之内；每个核子只跟 邻近的核子发生作用，这种性质称为核力的饱和性。2 .比结合能：原子里的核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子的结合能。组成原子的核子越多，它的结合能也越高。它的结合能与 核子数 之比,称做比结

18、合能。比结合能越 丛 原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定。3 .质能方程爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是： E = mc：这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是： E=Am(2o在非国际单位里， 可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟 931.5MeV的能量相对 应。4 .质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要些，这种现象叫做 质量亏损。质量亏损表明，的确存在原子核的结合能。5 .释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同 的,所以各种原子核中核子的平均质量不同 。核子平均质量小的，每个核子平均放的能上。铁原子核中核子的平均质量 上，所以铁原子核最 稳定。凡是由平均质量 大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。十、重核裂变核聚变释放核能的途径裂变和聚变1 、裂变反应：核裂变：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。2351141921如.92 U 0 n56 Ba 36 Kr 30 n链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件：临界体积，极高白温度.聚变反应：又叫热核反应）