高中物理原子物理知識(shí)總結(jié)新人教版選修3

1、原子物理知識(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)很小的核上。盧瑟福由a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出：在原子的中心有一個(gè)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(dòng) J 0由a粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級(jí)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(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)輻射或吸收光子的能量h V 二Em-En-13.6氫原子的能級(jí)圖從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)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(dòng)加劇，分子間的相互碰 撞可以傳遞能量）。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而 從某一能級(jí)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(dòng)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(jí)不同，可能輻射的光子就有不同 的波長(zhǎng)。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(diǎn)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(shí)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(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較:如、圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是B比a的偏轉(zhuǎn)大，丫不偏轉(zhuǎn)； 區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。圖中丫肯定 打在O點(diǎn)；如果a也打在O點(diǎn)，

5、則B必打在O點(diǎn)下方；如果B也打在O點(diǎn)，則 a必打在O點(diǎn)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(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)。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(huì)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(shí)間叫半衰期。（對(duì)大量原子核t的統(tǒng)計(jì)規(guī)律）計(jì)算式為：Nt=N0乜：tn表示核的個(gè)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)表達(dá)形式是：A E=Amc20以上兩式中的各個(gè)物理量都必須采用國(guó)際單位。在非國(guó)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(duì)應(yīng)。在有關(guān)核能的計(jì)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(shí)，平均每個(gè) 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(gè)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(shí)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(duì)于宏觀質(zhì)點(diǎn)，只要知道它在某一時(shí)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌道，算出它在以后任意時(shí)刻的位置和速度。對(duì)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(shí)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(diǎn)出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率是不同的。 如果用疏密不同的點(diǎn) 子表示電子在各個(gè)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(shí)，燈絲中的每個(gè)原子在什么時(shí)候發(fā)光，

11、原子在 哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷，發(fā)出的光向哪個(gè)方向傳播，都是不確定的。激光是同種原子在同樣的兩個(gè)能級(jí)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(cè)距。激光雷達(dá)不僅能測(cè)距，還能根據(jù)多 普勒效應(yīng)測(cè)出目標(biāo)的速度，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。還能用于在 VCD或計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)了正電子