十五、近代物理初步

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1、十五、近代物理初步南京市梅园中学宋军知识点及高考要求内　　容要求102、α粒子散射实验，原子的核式结构Ⅰ103、氢原子的能级结构，光子的发射和吸收Ⅱ104、氢原子的电子云Ⅰ105、原子核的组成.天然放射现象，α射线、β射线、γ射线，衰变.半衰期Ⅰ106、原子核的人工转变，核反应方程，放射性同位素及其应用Ⅰ107、放射性污染和防护Ⅰ108、核能、质量亏损，爱因斯坦的质能方程Ⅱ109、重核的裂变，链式反应。核反应堆Ⅰ110、轻核的聚变，可控热核反应Ⅰ111、人类对物质结构的认识Ⅰ第一部分：玻尔理论一、电子的发现1、汤姆生发现电子。对阴极射线进行了一系列的实验研究。1897

2、年，他确认阴极射线是带负电的粒子。一、电子的发现2、汤姆生原子模型原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子却像枣子那样镶嵌在原子里面，这个模型能解释一些实验事实，但无法解释α粒子散射实验。二、原子的核式结构1、α粒子散射实验1909年至1911年卢瑟福和他的合作者用α粒子轰击金箔做了α粒子散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数的α粒子偏转角超过了90°，有些甚至被弹回，偏转角几乎达到180°二、原子的核式结构2、卢瑟福原子模型通过对α粒子散射实验的结果进行了分析，卢瑟福提出了他的原子核式结构模型：在原子的

3、中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。卢瑟福的原子核式模型，能解释α粒子散射实验，却与经典的电磁理论发生了矛盾。二、原子的核式结构3、原子核的电荷和大小根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径约为10-10米、原子核半径约是10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。（3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。三、玻尔的原子模

4、型1、玻尔的原子理论玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了新的原子理论。（1）定态假设（2）跃迁假设（3）轨道假设。由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。激发态：给物体加热或有光照射物体时，物体中的某些原子能够从相互碰撞或从入射光子中吸收一定的能量，从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动，这些定态叫做激发态。跃迁：原子从基态向激发态跃迁的过程，是吸收能量的过程；原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能

5、量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子的发光现象。三、玻尔的原子模型2、氢原子的大小和能极玻尔在其假设的基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，对氢原子进行了计算，算出了可能轨道的半径和的能量（包括动能和电势能）：n是正整数，叫做量子数。玻尔计算出了r1和E1的数值：能级图三、玻尔的原子模型3、玻尔的原子理论对氢光谱的解释按照玻尔理论，原子从较高能级E2跃迁到较低能级E1时，辐射出的光子能量为：由此计算出来的频率与实验测出的氢原子的特征谱线的频率完全一致。三、玻尔的原子模型4、玻尔理论的局限性玻尔理论在解释氢原子光谱上获得了成功，但用来解释比较复杂的原子的光谱时

6、却碰到了很大的困难。理论推导出来的结论与实验事实出入很大。玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，失败之处在于它保留了过多的经典物理理论。20世纪20年代，建立了量子力学。量子力学是一种彻底的量子理论，它不但成功解释了玻尔理论能解释的现象，而且能够解释大量的玻尔理论所不能解释的现象。四、量子理论电子云：第二部分：原子核一、天然放射现象1、天然放射现象的发现1896年贝克勒尔发现物质自发地发出射线的现象（天然放射现象）。物质的这种性质叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。后来居里夫妇又发现两种放射性更强的新元素，叫做钋Po和镭Ra。一、天然放射现象2、三种射线（1

7、）射线：本质是氦原子核流，符号是，贯穿本领最弱，电离本领最强。（2）射线：本质是电子流，符号是，带电量为-e(1e=1.910-19库仑)，质量为，贯穿本领较强，电离本领较强。（3）γ射线：本质是高能光子流，符号是γ，不带电，静止质量为零，贯穿本领最强，电离本领最弱。一、天然放射现象（1）α衰变：原子核放出一个α粒子例如：写成一般式为3、放射性元素的衰变原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。在衰变中电荷数和质量数都守恒。一、天然放射现象（2）β衰变：原子核放出一个β粒子例如，写成一般式为一、天然放射现象每一种放