高中物理原子物理知識總結(jié)新人教版選修3

1、原子物理知識總結(jié)、原子模型.湯姆生模型（棗糕模型）湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型（行星式模型）a粒子散射實驗是用a粒子轟擊金箔，結(jié)果是絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后基 本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)a粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。這說明原子的 正電荷和質(zhì)量一定集中在一個很小的核上。盧瑟福由a粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核， 原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動 J 0由a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10-15mc.玻爾模型（引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù)。）玻爾的

2、三條假設(shè)（量子化）jn軌道量子化 rn=n2ri ri=0.53x 10-10m4-3.4能量量子化：En -E1 E1=-13.6eV nE1原子在兩個能級間躍遷時輻射或吸收光子的能量h V 二Em-En-13.6氫原子的能級圖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，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運(yùn)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E13.6eV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

3、的動能）。玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)了量子理論（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。.光譜和光譜分析熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)光譜。稀薄氣體發(fā)光形成線狀譜（又叫明線光譜、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。根據(jù)光譜鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析。這種方法 的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速。只要某種元素在物質(zhì)中的含

4、量達(dá)到 10-1og,就可以 從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線。二、天然放射現(xiàn)象.天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認(rèn)識到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。.各種放射線的性質(zhì)比較XXX種 類本 質(zhì)質(zhì) 量（u）電 荷速 度（c）電 離性貫穿性a射線氮 核4+20.1最 強(qiáng)最弱，紙能擋住射線電 子1/1840-10.99較 強(qiáng)較強(qiáng)，穿幾mm 鋁板Y 射線光 子001最 弱最強(qiáng)，穿幾 cm 鉛版三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較:如、圖所示，在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中都是B比a的偏轉(zhuǎn)大，丫不偏轉(zhuǎn)； 區(qū)別是：在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。圖中丫肯定 打在O點；如果a也打在O點，

5、則B必打在O點下方；如果B也打在O點，則 a必打在O點下方。三、核反應(yīng)1.核反應(yīng)類型衰變：a 衰變：292UT22Th+：He (核內(nèi) 2；H+20nT 2He)o 百赤.2342340a (核肉 110a1p -90 ihr 91 ra _e 1 Kd 0 nr 1 h _e)+ B 衰變：；0PT；：S+0e （核內(nèi)；HT0n+0e）丫衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。人工轉(zhuǎn)變：17 N +：Hj 1；O+；H （發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）：Be+：H-1；C+；n （發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）27 Al 4He 30 P 1n 30 P 30 Si 0e （人工制造放射T牛同位 132

6、e 15 0n 15141 e素）重核的裂變：292U+0nT14；Ba+；2Kr+30 n在一定條件下（超過臨界體積），裂變反應(yīng)會連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。輕核的聚變：2H+；HT2He+；n （需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應(yīng)）所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。（注意：質(zhì)量并不守恒。）2.半衰期放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫半衰期。（對大量原子核t的統(tǒng)計規(guī)律）計算式為：Nt=N0乜：tn表示核的個數(shù) ,此式也可以演變成2ttmt nm/1 丁或nt =n0C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2出的射線粒子數(shù)。以上各式左邊的量都表示時間

7、 t后的剩余量。半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。.放射性同位素的應(yīng)用利用其射線：a射線電離性強(qiáng)，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除 有害靜電。丫射線貫穿性強(qiáng)，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性月中瘤。各種射 線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型， 研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳 14,判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的 放射性同位。半衰期短，廢料容易處理?？芍瞥筛鞣N形狀，強(qiáng)度容易控制）四、核能.核能核

8、反應(yīng)中放出的能叫核能。.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)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聯(lián)系，它們的關(guān)系是：E = mc2,這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。質(zhì)能方程的另一個表達(dá)形式是：A E=Amc20以上兩式中的各個物理量都必須采用國際單位。在非國際單位里，可以用1u=931.5MeV0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)。在有關(guān)核能的計算中，一定要根據(jù)已知和題解的要求明確所使用的單位制。.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

9、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)量最小, 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。.核反應(yīng)堆目前的所有正式運(yùn)行的核電站都是應(yīng)用裂變發(fā)電的。核反應(yīng)堆的主要組成是：核燃料。用濃縮鈾（能吸收慢中子的鈾 235占3%4%）。減速劑。用石墨或重水（使裂變中產(chǎn)生的中子減速，以便被鈾235吸收）c控制棒。用鎘做成（鎘吸收中子的能力很強(qiáng)）。冷卻劑。用水或液態(tài)鈉（把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電， 同時使反 應(yīng)堆冷卻，保證安全）。水泥防護(hù)層。用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。.氫

10、原子中的電子云對于宏觀質(zhì)點，只要知道它在某一時刻的位置和速度以及受力情況，就可以 應(yīng)用牛頓定律確定該質(zhì)點運(yùn)動的軌道，算出它在以后任意時刻的位置和速度。對電子等微觀粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的坐標(biāo)描述它們 在原子中的位置。玻爾理論中說的“電子軌道”實際上也是沒有意義的。更加徹底的量子理論認(rèn)為，我們只能知道電子在原子核附近各點出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個位置出現(xiàn)的概率是不同的。 如果用疏密不同的點 子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率， 畫出圖來，就像一片云霧一樣，可以形象地 稱之為電子云。.激光的特性及其應(yīng)用普通光源（如白熾燈）發(fā)光時，燈絲中的每個原子在什么時候發(fā)光，

11、原子在 哪兩個能級間躍遷，發(fā)出的光向哪個方向傳播，都是不確定的。激光是同種原子在同樣的兩個能級間發(fā)生躍遷生成的，其特性是：是相干光。（由于是相干光，所以和無線電波一樣可以調(diào)制，因此可以用來傳遞信息。 光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維結(jié)合的產(chǎn)物。）平行度好。（傳播很遠(yuǎn)距離之后仍能保持一定強(qiáng)度，因此可以用來精確測距。激光雷達(dá)不僅能測距，還能根據(jù)多 普勒效應(yīng)測出目標(biāo)的速度，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。還能用于在 VCD或計算機(jī)光盤上 讀寫數(shù)據(jù)。）亮度高。能在極小的空間和極短的時間內(nèi)集中很大的能量。（可以用來切割各種物質(zhì)，焊接金屬，在硬材料上打孔，利用激光作為手術(shù)刀切開皮 膚做手術(shù)，焊接視網(wǎng)膜。利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變。）.粒子物理學(xué)到19世紀(jì)末，人們認(rèn)識到物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子 核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。20世紀(jì)30年代以來，人們認(rèn)識了正電子