高三物理復(fù)習(xí)資料原子物理基礎(chǔ)知識

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評與關(guān)注！ 高三物理復(fù)習(xí)資料 原子物理基礎(chǔ)知識 2016.10.26一、黑體和黑體輻射 1熱輻射現(xiàn)象：  任何物體在 任何 溫度下都要發(fā)射 各種 波長的電磁波，并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布都與 溫度 有關(guān)，所以稱為熱輻射。  2.黑體： 物體具有 輻射 能量的本領(lǐng)，又有吸收外界輻射來的能量的本領(lǐng)。  絕對黑體（簡稱“黑體”）是指能夠完全吸收入射的各種（填“各種”或“部分”）波長電磁波而不發(fā)生反射的物體，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的 溫度 有關(guān)。  3實驗規(guī)律：  （1）隨著溫度的

2、升高，黑體的輻射強度都有增加；  （2）隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向 波長較短 方向移動。 二、光電效應(yīng)現(xiàn)象 1、光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：物體在光 包括 不可見光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 2、光電效應(yīng)的研究結(jié)論： 任何 金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須 大于 這個極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)； 低于 這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電子的最大初動能與入射光的強度 無關(guān) ，只隨著入射光頻率的增大而 增大 。 入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s；當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光的強度越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù) 越多 。3、光電效應(yīng)

3、的應(yīng)用：光電管：光電管的陰極表面敷有 堿 金屬，對電子的束縛能力比較弱，在光的照射下容易發(fā)射電子，陰極發(fā)出的電子被陽極收集，在回路中形成電流，稱為 光電流 。注意：光電管兩極加上正向電壓，可以增強光電流。光電流的大小跟入射光的強度和正向電壓有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)。入射光的強度越大，光電流越大。遏止電壓U0?；芈分械墓怆娏麟S著反向電壓的增加而減小，當反向電壓U0滿足：，光電流將會減小到零，所以遏止電壓與入射光的 頻率 有關(guān)。 4、波動理論無法解釋的現(xiàn)象：不論入射光的頻率多少，只要光強足夠大，總可以使電子獲得足夠多的能量，從而產(chǎn)生光電效應(yīng)，實際上如果光的頻率小于金屬的極限頻率，無論光強多大，都不

4、能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光強越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初始動能應(yīng)該由入射光的強度來決定，實際上光電子的最大初始動能與光強無關(guān)，與 頻率 有關(guān)。光強大時，電子能量積累的時間就短，光強小時，能量積累的時間就長，實際上無論光入射的強度怎樣微弱，幾乎在開始照射的 一瞬間 就產(chǎn)生了光電子. 5、普朗克常量：普郎克在研究電磁波輻射時，提出 能量量子 假說：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是的 整數(shù)倍 ，稱為一個 能量量子 。即能量是一份一份的。其中輻射頻率，是一個常量，稱為普朗克常量。 6、光子說:光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個 不可分割 的能量子組成，每

5、一個能量子叫做一個光子，光子的能量E跟光的頻率成正比,E= ，其中：是 普朗克 常量. 7、光電效應(yīng)方程（1）逸出功W0: 電子脫離金屬離子束縛，逸出金屬表面克服離子引力所做功的最小值（2）光電效應(yīng)方程：如果入射光子的能量大于逸出功W0，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的動能根據(jù)能量守恒定律，出射光子的最大初動能Ek與入射光子的能量、逸出功W0的關(guān)系式是 （其中是指出射光電子的最大初動能。）（3）光電效應(yīng)的解釋：極限頻率：金屬內(nèi)部的電子一般一次只能吸收一個光子的能量，入射光子的能量小于 逸出功W0 時，電子不可能逸出，這就是光電效應(yīng)存在極限頻率的原因。遏制電壓：由和有：，所以遏制電壓只與

6、入射光頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，這就是光電效應(yīng)存在遏制電壓的原因。 三、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動量）1、康普頓效應(yīng)：用X射線照射物體時，一部分散射出來的X射線的波長會變 長 ，這個現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。康普頓效應(yīng)是驗證光的 波粒二象性 的重要實驗之一。2、康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛因斯坦光子假說的正確性，揭示了光子不僅具有能量，還具有 動量 。光子的動量為3、現(xiàn)象解釋：碰撞前后光子與電子總能量守恒，總動量也守恒。碰撞前，電子可近似視為靜止的，碰撞后,電子獲得一定的能量和動量，X光子的能量和動量減小，所以X射線光子的波長變長。 四、原子核式結(jié)構(gòu)模型 1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型： 電子的發(fā)

7、現(xiàn)： 1897年英國物理學(xué)家 湯姆生 ，對陰極射線進行了一系列研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。 電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在 精細結(jié)構(gòu) ，從而打破了 原子不可再分 的觀念。 湯姆生的原子模型： 1903年湯姆生設(shè)想原子是一個帶電小球，它的正電荷 均勻 分布在整個球體內(nèi)，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷中。 2、粒子散射實驗和原子核結(jié)構(gòu)模型 粒子散射實驗：1909年， 盧瑟福 及助手蓋革和馬斯頓完成的. 現(xiàn)象： a. 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 b. 有少數(shù)粒子發(fā)生 較大角度 的偏轉(zhuǎn) c. 有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了 90° ，有的幾乎達到180°，即被反向彈回。

8、原子的核式結(jié)構(gòu)模型： 1911年，盧瑟福通過對粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個很小 的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和 幾乎全部 的質(zhì)量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。 原子軌道半徑約為 10-10 m。 由粒子散射實驗的實驗數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級是10-15m。 五、玻爾原子模型 1、光譜 光譜分析 （1）各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種 特定頻率 的光。不同原子的亮線位置 不同 ，說明不同原子的 發(fā)光頻率 是不一樣的，因此這些亮線稱為原子的 特征譜線 。 （2）光譜分析：一種元素，在高溫下發(fā)出一些特定波長的光，在低溫

9、下，也吸收這些波長的光，所以把明線光譜中的亮線和吸收光譜中的 暗線 都稱為該種元素的特征譜線，用來進行光譜分析。 2、氫原子光譜 氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。1885年，巴耳末 對當時已知的，在 可見 光區(qū)的14條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長可以用一個公式表示：   n=3，4，5，  式中R叫做 里德伯常量 ，這個公式成為巴爾末公式。  除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在 紅外 和 紫外光 區(qū)的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。  氫原子光譜是線狀譜，具有 分立 特征，用 經(jīng)典的電磁 理論無法解釋。 3、玻爾模型（引入量子

10、理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù)。）玻爾的三條假設(shè)（量子化）軌道量子化：當電子在不同的軌道上運動時，原子處于 不同 的狀態(tài)。 能量量子化：原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，因此，原子的能量是 量子化 的。這些 量子化 的能量值叫做能級，原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫做 激發(fā) 態(tài)。 躍遷假設(shè)：頻率條件(輻射條件）。當電子在能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為Em）和能量較低的定態(tài)軌道（能量記為En，mn)，間躍遷時，會輻射或吸收光子的能量h= Em-En 。電子從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是 吸收 光子，也可能是由于

11、 碰撞 （用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收 一定 頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量 大于或等于電離能的任何 頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動能）。（2）解釋氫原子光譜根據(jù)玻爾理論，不同原子的結(jié)構(gòu)不同，能級不同，可能輻射的光子就有不同的 波長 。所以每種原子都有自己特定的線狀譜，因此這些譜線也叫元素的特征譜線。（3）玻爾理論的局限性。由于引進 量子理論（軌道量子化和能量量子化） ，玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的 經(jīng)典

12、物理理論 （牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋 其他原子的光譜 上都遇到很大的困難。六、原子核的組成     1、天然放射現(xiàn)象  天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學(xué)，貝克勒耳 發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。 瑪麗·居里 和皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)放射性元素釙Po和 鐳Ra.放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素 天然放射現(xiàn)象：某種元素 自發(fā)地 放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象。 （2）各種放射線的性質(zhì)比較種

13、 類本 質(zhì)質(zhì)量（u）電荷（e）速度（c）電離性貫穿性射線氦核4+20.1最強最弱，紙能擋住射線電子1/1840-10.99較強較強，穿幾毫米鋁板射線光子001最弱最強，穿幾厘米鉛版（3）如果一種元素具有放射性，無論它是以單質(zhì)存在還是以 化合物 存在，都具有放射性。放射性的強度也 不受 溫度、外界壓強的影響。這說明，射線來自 原子核 。這說明原子核內(nèi)部是 有結(jié)構(gòu) 的，是可以再分的。  2、原子核的組成 ：原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 在原子核中有：質(zhì)子 數(shù)等于電荷數(shù)、核子 數(shù)等于質(zhì)量數(shù)、中子數(shù)等于 質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù) 七 1.半衰期

14、60;    衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒  衰變類型衰變方程 衰變規(guī)律衰變新核 質(zhì)量數(shù)減少4 電荷數(shù)減少2衰變新核 質(zhì)量數(shù)不變 電荷數(shù)增加1 在衰變中新核質(zhì)子數(shù)多一個，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反應(yīng)中有一個 中子 變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個 電子g 衰變：原子核處于較高能級，輻射 光子后躍遷到 低能 級，輻射伴隨著衰變和衰變產(chǎn)生，這時放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會同時具有a、b和三種射線。  半衰期：放射性元素的原子核有 半數(shù) 發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。 

15、0;放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的 化學(xué)狀態(tài) 物理狀態(tài)沒有關(guān)系。 （對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律）計算式為： N表示核的個數(shù) ，此式也可以演變成 或，式中m表示放射性物質(zhì)的質(zhì)量，n 表示單位時間內(nèi)放出的射線粒子數(shù)。以上各式左邊的量都表示時間t后的 剩余 量。 八、放射性的應(yīng)用與防護   放射性同位素   1、核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，成為核反應(yīng)。 盧瑟福 用粒子轟擊氦核打出質(zhì)子： 查德威克 用粒子轟擊鈹核打出 中子： 2、同位素：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同 中子 數(shù)的原子互稱同位素

16、。放射性同位素：具有 放射性 的同位素叫放射性同位素。   1934年，約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷， 即： 反應(yīng)生成物是磷的一種同位素，自然界沒有天然的，它是通過核反應(yīng)生成的人工放射性同位素。 與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：放射強度容易控制 、可以制成各種需要的形狀  半衰期更短  放射性廢料容易處理 3、放射性同位素的應(yīng)用：  利用它的射線  A、由于射線 貫穿 本領(lǐng)強，可以用來射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫射線探傷儀  B、利用射

17、線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度、密度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的 厚度 和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制 C、利用射線使空氣 電離 而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的 靜電 D、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它 殺菌 、治病等  作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.  4、放射性的防護： 在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的 水泥 來防止放射線的外泄 用過的核廢料要放在很厚很厚的 重金屬 箱內(nèi)，并埋在 深海 里 在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源 九、核能 結(jié)合能 1、核力：原子核間存在一種

18、核力，將核子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核尺度內(nèi)，比庫侖力 大 得多；核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)；每個核子只跟 鄰近 的核子發(fā)生作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。 1.比結(jié)合能： 原子里的核子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子的 結(jié)合能。組成原子的核子越多，它的結(jié)合能也越高。它的結(jié)合能與 核子數(shù) 之比，稱做比結(jié)合能。比結(jié)合能越 大，原子中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 2.質(zhì)能方程愛因斯坦的相對論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的了解，它們的關(guān)系是：E = mc2，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。質(zhì)能

19、方程的另一個表達形式是：E=mc2。在非國際單位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子質(zhì)量單位的質(zhì)量跟931.5MeV的能量相對應(yīng)。 3.質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要 小 些，這種現(xiàn)象叫做 質(zhì)量虧損 。質(zhì)量虧損表明，的確存在原子核的結(jié)合能。4.釋放核能的途徑凡是 釋放核能 的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是 不同 的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量 不同 。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能 多 。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量 小 ，所以鐵原子核最 穩(wěn)定 。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是 釋放 核能的。十、重核裂變   核聚變    釋放核能的途徑裂變和聚變   1、裂變反應(yīng)：   核裂變：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個 中等 質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。  例如：  鏈式反應(yīng)：在裂變反應(yīng)用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應(yīng)繼續(xù)下去。  鏈式反應(yīng)的條件： 臨界體積 ，極高的溫度