高三相對(duì)論與原子物理通用版知識(shí)精講

1、高三相對(duì)論與原子物理通用版【本講主要內(nèi)容】相對(duì)論與原子物理本講的核心內(nèi)容是近代物理初步，了解相對(duì)論簡(jiǎn)介，原子、原子核的有關(guān)知識(shí)?！局R(shí)掌握】【知識(shí)點(diǎn)精析】1.相對(duì)論的誕生：19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場(chǎng)的研究不斷深入，人們認(rèn)識(shí)了光的電磁本 質(zhì)，我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大的速度傳播的，因此在電磁場(chǎng)的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導(dǎo)致了相對(duì)論的出現(xiàn)。2.時(shí)間和空間的相對(duì)性(1)時(shí)間間隔是相對(duì)的，是與物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，而不是絕對(duì)的。(2)空間相對(duì)性：長(zhǎng)度的相對(duì)性。一個(gè)桿，當(dāng)它沿著自身的方向相對(duì)于測(cè)量者運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)量的長(zhǎng)度比它靜止時(shí)的長(zhǎng)度小, 速度越大，差別也越大。3.狹義相對(duì)論的其它結(jié)論(1)相對(duì)論

2、速度疊加公式：V：車(chē)對(duì)地，u:人對(duì)車(chē)，u:人對(duì)地u Vu =uv1 -c(2)相對(duì)論質(zhì)量：m：運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，m0：m0m 二IC，2(3)質(zhì)量方程：E靜止質(zhì)量，V：運(yùn)動(dòng)速度2二 mc4.廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介廣義相對(duì)性原理為: 式相同。一切參考系對(duì)物理規(guī)律平權(quán)，即物理規(guī)律在一切參考系中的表述形5.波粒二象性光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波粒二象性是光的客觀性。.概率波光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述，我們說(shuō)光是種波，就是這個(gè)意思，正是由于這個(gè)原因，物理學(xué)中把光波叫做概率波。.電子的發(fā)現(xiàn)1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。.原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核。原

3、子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。.玻爾的原子模型內(nèi)容：玻爾認(rèn)為，圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化；不同的軌道對(duì)應(yīng)著不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運(yùn)動(dòng)，卻不輻 射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。理解要點(diǎn)：玻爾的原子模型是以假說(shuō)的形式提出來(lái)，包括以下三方面的內(nèi)容：軌道假設(shè)：即軌道是量子化的，只能是某些分立的值。定態(tài)假設(shè)：即不同的軌道對(duì)應(yīng)著不同的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。躍遷假設(shè)：原子在不同的狀態(tài)具有不同的能量，從一個(gè)定態(tài)向另一個(gè)

4、定態(tài)躍遷時(shí)要輻射或吸收一定頻率的光子，該光子的能量，等于這兩個(gè)狀態(tài)的能級(jí)差。=Em -En.氫原子光譜玻爾理論很好地解釋了氫原子的光譜， 當(dāng)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)， 輻射光子的能 量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差， 由于原子的能級(jí)不連續(xù)， 所以輻射的光子的能量也不連續(xù)， 從光 譜上看，原子輻射光波的頻率只有若干分立的值。.原子核的組成原子核的組成：質(zhì)子和中子組成了原子核。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。 原子核的質(zhì)量數(shù)等于其核子數(shù)，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)。原子核的中子數(shù)N等于其質(zhì)量數(shù)A與電荷數(shù)Z之差，即N=A-Z。.天然放射現(xiàn)象原子序數(shù)大于83的所有突然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的突然存在元素

5、有些也具有放射性。(1)三種射線“射線：速度約為光速1/10的氨核流，貫穿作用很弱，電離作用很強(qiáng)。3射線：速度約為光速十分之幾的電子流，貫穿作用很強(qiáng)，電離作用較弱。丫波長(zhǎng)極短的電磁波，貫穿作用最強(qiáng)，電離作用很弱。(2)衰變規(guī)律a衰變：Ax T At Y +2 He , a衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩 個(gè)中子組成的粒子(即氮核)3衰變：A X T A+ Y+L e , 3衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè) 質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。丫衰變：丫衰變是伴隨a衰變或3衰變同時(shí)發(fā)生的。丫衰變不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和 質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生 a衰變或3衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新

6、核由于具有過(guò)多的 能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間。半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強(qiáng)、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì) 或化合物）無(wú)關(guān)。確定衰變次數(shù)的方法：設(shè)放射性元素A X經(jīng)過(guò)n次“衰變m次3衰變后，變成穩(wěn)定的新元素AY ,則表示核反應(yīng)的方程為：AXta： Y +n：He+me根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A=A +4nZ= Z +2n-mrA -AA -A兩式聯(lián)立得：n =AA-m =AA Z-Z42由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。.核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒是書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的

7、依據(jù)，但要以核反應(yīng)的事實(shí)為基礎(chǔ)， 不能僅僅根據(jù)兩守恒定律隨意書(shū)寫(xiě)事實(shí)上不存在的核反應(yīng)方程。核反應(yīng)通常是不可逆的，方程中只能用箭頭“一”連接并指示反應(yīng)方向，而不能用“=”連接。在無(wú)光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能。因而在此情況下可應(yīng)用力學(xué)規(guī)律（動(dòng)量守恒和能量守恒）來(lái)計(jì)算核能。人工核轉(zhuǎn)變：用高能離子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過(guò)程。盧瑟夫發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：74 N +4 He T 87 O W H查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)： TOC o 1-5 h z 9412c 14Be 2 He6 C 0 n約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)： HYPERLINK

8、 l bookmark30 o Current Document 27430113 Al2 He15 P 0 n30300 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 15 P- 14 Si1e鈾核的裂變。235 U +0 n T 561 Ba +36 Kr +30 n聚變。2H +3HT4He +0 n14.核能核力：核子間的相互作用力。它是短程引力，作用范圍為：2.0M10,5m,只在相鄰的核子間發(fā)生作用。核能：核反應(yīng)中放出的能量稱(chēng)為核能。核能的計(jì)算：根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損（m）的千克數(shù)乘以真空中光速的平方。即 E =；：

9、mc2根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原 子質(zhì)量單位數(shù)乘以 631.5MeV。即AE =Am x931.5MeV例1.已知氮核質(zhì)量mN=14.00753u,氧核質(zhì)量mO=17.00454u ,氯核質(zhì)量mHe=4.00387u ,質(zhì) 子質(zhì)量mH=1.00815u,試判斷核反應(yīng)：74 N +4 He T 87 O +： H是吸能反應(yīng)，還是放能反應(yīng)，能量變化多少？解析：先計(jì)算出質(zhì)量虧損 m,然后由1u相當(dāng)于931MeV能量代入計(jì)算即可。答案：反應(yīng)前總質(zhì)量 mN mHe =18.01140u反應(yīng)后總質(zhì)量 mo mH =18.01269u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增

10、加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所吸收能量為：E = . ：mc2 =（18.01269 -18.01140） 931M eV=1.2M eV15.放射性的應(yīng)用與防護(hù)（1）應(yīng)用：利用射線和作為示蹤原子。（2）防護(hù)：遠(yuǎn)離放射源?！窘忸}方法指導(dǎo)】例2.氫原子處于基態(tài)（第一能級(jí)）、激發(fā)態(tài)（第二、三、四能級(jí)）時(shí)具有的能量分別為 Ei=0、E2=10.2eV、E3=12.1eV、E4=12.8eV。當(dāng)氫原子從第四能級(jí)躍遷到第三能級(jí)時(shí)，輻射 的光子照射某種金屬時(shí)剛好能發(fā)生光電效應(yīng)。現(xiàn)若有大量氫原子處于n=5 （第五能級(jí)）的激發(fā)態(tài)，則在向低能級(jí)躍遷時(shí)所輻射的各種能量的光子中，可使這種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的頻率種類(lèi)有（

11、）A. 7 種B. 8 種C. 9 種D. 10 種點(diǎn)撥：（1）大量氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，最多輻射的光譜線條數(shù)如何計(jì)算？ （2）輻射光子的頻率與能級(jí)間的能量差有什么關(guān)系？解析：依題意畫(huà)出氫原子的能級(jí)躍遷圖像，如圖所示。5 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark46 o Current Document J | | |41V 3H11-2當(dāng)電子從n=4躍遷到n=3時(shí)，放出光子具有的能量為4 E=E4E3=0.70eV,由題意可得 金屬的逸出功為 0.70eV,要使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，輻射光子的能量要大于或等于0.70eV。而大量氫原子從n=5能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以

12、發(fā)出的光子能量由所畫(huà)能級(jí)圖可知共有9種，從能級(jí)圖可以得出n越大，相鄰的能級(jí)間能量差越小，即 E5 -E4 E4 -E3 E3 -E2 mp,氫原子核外的電子在這三個(gè)能級(jí)間躍遷，放出光子的能量分別用Enm，Emp，Enp表小，光子波長(zhǎng)用 九nm，-mp*np表示，頻率用nm，mp，np表小，則 有：A E = E E-np nm mp1/ np = 1/ mp 1 / nm C j npnmmpD. Enp EnmEmp114 .7.已知質(zhì)子質(zhì)量 mp,中子質(zhì)量 mn ,而子質(zhì)量ma,若21H+2nT 2 He ,則：B. ma2 ( mp+ mn ).關(guān)于核力，下列說(shuō)法正確的是:A.在原子核內(nèi)

13、，任何兩核子之間，都存在著核力作用B.在原子核內(nèi)，強(qiáng)大的核力只存在于相鄰的核子之間C.從本質(zhì)上講，核力屬于萬(wàn)有引力D.在原子核內(nèi)，質(zhì)子和質(zhì)子能緊密結(jié)合在一起，是靠電場(chǎng)力.現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)：2424023511419212341 11Na- 12 Mg+e 92U+ 0n- 56 Ba+ 36 Kr + 30 n 1 H + 1H- 2 He + 0 n下列說(shuō)法正確的是A.是裂變，是3衰變，是聚變B.是聚變，是裂變，是 3衰變C.是3衰變，是裂變，是聚變D.是3衰變，是聚變，是裂變.已知兀+介子、兀一介子都是由一個(gè)夸克（夸克 u或夸克d）和一個(gè)反夸克（反夸克 u或反夸克d）組成的，它們的帶電量如下

14、表所示，表中e為元電荷。十兀一兀Udud帶電量+ e一e+ 2e/3e/3-2e/3+ e/3下列說(shuō)法正確的是A.兀+由u和d組成 B.兀+由和口組成C.兀一由u和d組成 D.兀一由d和U組成【綜合測(cè)試】.下列說(shuō)法正確的是A.天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核內(nèi)部有電子144161B.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是：7 N+2 HST 8 O+1HC.由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程 E=mc2可知，物體的能量與物體的速度的平方成正比D.從能級(jí)圖中可知，氫原子從n=2躍遷至ij n=1能級(jí)釋放出的光子的能量高于從n=8躍遷到n=2能級(jí)所釋放出的光子的能量口E/eV * .r .一 。o 54 TOC o 1-5 h z 4 1

15、 1 -0.B5312i ,-3.4.2 . .3 . .、2 . .2 . .3 . .12.兩個(gè)1H原子核可聚變成一個(gè)2 He原子核，核反應(yīng)方程為1H +1 H T 2 He +0 n。已知2H的質(zhì)量為m1, 0n的質(zhì)量為m2, ；He的質(zhì)量為m3。它們質(zhì)量間的關(guān)系式正確的是 II 0223（ ）A. 2ml= m3 m2B. 2mlm3m2C. 2ml: m3m2d. 2mlm2= m3一個(gè)笊核1質(zhì)量為m1，一個(gè)瓶核】 質(zhì)量為m2,它們結(jié)合成一個(gè)質(zhì)量為 m3的氨核。核反應(yīng)方程如下：+； H He + X。在這一核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量為A E。已知光 TOC o 1-5 h z 速為c。則

16、以下判斷正確的是（）X是質(zhì)子X(jué)是正電子X(jué)的質(zhì)量為+-m3AE4-m2 -m3 -X的質(zhì)量為。一細(xì)束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為互相分離的兩束光a和b,分別照射到相同的金屬板上，如圖所示。b光能從金屬板上打出光電子。則下列判斷正確的是A. a光也一定能從金屬板上打出光電子B.若a和b兩束光相遇，會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象a光光子能量比b光光子能量小D.在真空中a光波長(zhǎng)比b光波長(zhǎng)短.某原子核Ax吸收一個(gè)中子后，放出一個(gè)電子，分裂為兩個(gè)“粒子。由此可知A. A=7 , Z = 3 B. A=7 , Z = 4 C. A=8 , Z= 3D. A=8 , Z= 4.下列核反應(yīng)方程中的X代表中子的是A.；：一0

17、:洗+：出T用+x C.二-.某原子核X經(jīng)過(guò)a衰變后變成原子核 Y,則X的中子數(shù)比Y的中子數(shù)少2X的質(zhì)量數(shù)比Y的質(zhì)量數(shù)多2X的質(zhì)子數(shù)比Y的質(zhì)子數(shù)少2X的質(zhì)子數(shù)比Y的質(zhì)子數(shù)多2.放射性同位素11上破的半衰期是2小時(shí)。400g的11版樣品經(jīng)過(guò)4小時(shí)，還沒(méi)有發(fā)生衰 變的樣品有A. 400gB. 300gC. 200gD. 100g.如圖，是氫原子四個(gè)能級(jí)的示意圖。當(dāng)氫原子從n= 4的能級(jí)躍遷到n= 3的能級(jí)時(shí)，輻射出光子a。當(dāng)氫原子從n= 3的能級(jí)躍遷到n= 2的能級(jí)時(shí)，輻射出光子 b。則以下判斷正確 的是A.光子a的能量大于光子b的能量B.光子a的頻率大于光子b的頻率C.光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波

18、長(zhǎng)D.在真空中光子a的傳播速度大于光子b的傳播速度E/eVS 35-1,513. 4-13,. 6. 14C是一種半衰期為5730年的放射性同位素，若考古工作者探測(cè)到某古木中14C的含量為原來(lái)的1/4,則該古樹(shù)死亡時(shí)間距今大約A. 22920 年 B. 11460 年 C. 5730 年 D. 2865 年.現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量也是不連續(xù)的。這些能量值叫做能級(jí)。若已知?dú)湓犹幱诹孔訑?shù)n = 2和n= 5的激發(fā)態(tài)時(shí)的能量分別為 E2和E5,普朗克常量為h,真空中光速為c,則氫原子由n= 5的激發(fā)態(tài)向n= 2的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)向 外輻射的光子的波長(zhǎng)為 TOC o 1-5 h z E5-EahehA.B., C. 1 ：D.天然放射線有三種：豆射線、P射線、下射線。以下說(shuō)法正確的是()A.這三種射