1、高中近代物理总结一、原子结构：1、电子的发现和汤姆生的原子模型：（1）电子的发现：1897 年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。（2）汤姆生的原子模型：1903 年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、 粒子散射实验和原子核结构模型（1） 粒子散射实验：1909 年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成装置： 现象：a. 绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b. 有少数 粒子发生较大角度的偏转c. 有极少数 粒子的偏转角超过了 9
2、0 度，有的几乎达到 180 度，即被反向弹回。（2）原子的核式结构模型：由于 粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使 粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对 粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡， 粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911 年，卢瑟福通过对 粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径小于 1
3、0-14m，原子轨道半径约 10-10m。3、玻尔的原子模型（1）原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）a. 电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b. 电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。（2）玻尔理论上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提
4、了三个假设：定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一个定态（设能量为 E2）跃迁到另一定态（设能量为E1）时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=E2-E1轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。即轨道半径跟电子动量 mv 的乘积等于 h/2的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv 的乘积等于 h/ 2的整数倍，即 mvrnh2123、 、 n 为正整数，称量数数（3）玻尔的氢
5、子模型：氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量， （包括电子的动能和原子的热能。 ）氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时，氢原子的能量 En，和电子轨道半径 rn 分别为： Enr123、 、 其中 E1、r 1 为离核最近的第一条轨道（即 n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E 1=13.6ev, r 1=0.5310-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中 n=
6、1 的定态称为基态。n=2 以上的定态，称为激发态。玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化） ，玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等） ，所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。4、光谱和光谱分析炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱。稀薄气体发光形成线状谱（又叫明线光谱、原子光谱）。根据玻尔理论，不同原子的结构不同，能级不同，可能辐射的光子就有不同的波长。所以每种原子都有自己特定的线状谱，因此这些谱线也叫元素的特征谱线。根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。这种方法的优点是非常
7、灵敏而且迅速。只要某种元素在物质中的含量达到 10-10g，就可以从光谱中发现它的特征谱线。5、氢原子中的电子云对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小。在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，321 3 2 1
8、可以形象地称之为电子云。6、激光的特性及其应用普通光源（如白炽灯）发光时，灯丝中的每个原子在什么时候发光，原子在哪两个能级间跃迁，发出的光向哪个方向传播，都是不确定的。激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的，其特性是：是相干光。（由于是相干光，所以和无线电波一样可以调制，因此可以用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维结合的产物。）平行度好。（传播很远距离之后仍能保持一定强度，因此可以用来精确测距。激光雷达不仅能测距，还能根据多普勒效应测出目标的速度，对目标进行跟踪。还能用于在 VCD 或计算机光盘上读写数据。）亮度高。能在极小的空间和极短的时间内集中很大的能量。（可以用来切割各种物质
9、，焊接金属，在硬材料上打孔，利用激光作为手术刀切开皮肤做手术，焊接视网膜。利用激光产生的高温高压引起核聚变。）7、粒子物理学到 19 世纪末，人们认识到物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成。20 世纪 30 年代以来，人们认识了正电子、 子、K 介子、 介子等粒子。后来又发现了各种粒子的反粒子（质量相同而电荷及其它一些物理量相反） 。现在已经发现的粒子达 400 多种，形成了粒子物理学。按照粒子物理理论，可以将粒子分成三大类：媒介子、轻子和强子，其中强子是由更基本的粒子夸克组成。从目前的观点看，媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子。用粒子物理
10、学可以较好地解释宇宙的演化。二、原子核1、天然放射现象（1）天然放射现象的发现：1896 年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素天然放射现象：某种元素白发地放射射线的现象，叫天然放射现象天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的（2）放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如图(1) 各种放射线的性质比较种 类 本 质 质 量（ u）电 荷（ e）速 度（ c）电离性 贯穿性 射线 氦核 4 +2 0.1 最
11、强 最弱，纸能挡住 射线 电子 1/1840 -1 0.99 较强 较强，穿几 mm 铝板 射线 光子 0 0 1 最弱 最强，穿几 cm 铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：如、图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是 比 的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中 肯定打在 O 点；如果 也打在 O 点，则 必打在 O 点下方；如果 也打在 O 点，则 必打在 O 点下方。2、原子核的衰变：（1）衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒类 型 衰变方程 规 律衰 变新核电 荷
12、 数 减 少质 量 数 减 少 24衰 变 新核 电 荷 数 增 加质 量 数 不 变 1射线是伴随 、 衰变放射出来的高频光子流在 衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子，即：（2）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计算式为： N 表示核的个数 ，此式也Ttt210可以演变成 或 ，式中 m 表示放射性物质的质量，n 表示Tttm210Tttn210单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间 t 后的剩余量。半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。3、原子核的人工转
13、变：原子核的人工转变是指用人工的方法（例如用高速粒子轰击原子核）使原子核发生转变。（1）质子的发现：1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氦原子核发现了质子。7142817NHeO（2）中子的发现：1932 年，查德威克用 粒子轰击铍核，发现中子。4、原子核的组成和放射性同位素（1）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。在原子核中： 质子数等于电荷数；核子数等于质量数；中子数等于质量数减电荷数A abc O（2）放射性同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。正电子的发现：用 粒子轰击铝时，发生核反应。发生+ 衰变，放
14、出正电子 （3）.放射性同位素的应用利用其射线： 射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。 射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使 DNA 发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。进行考古研究。利用放射性同位素碳 14，判定出土木质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制） 。三、核能：1、核能：核子结合成的子核或将原子核分解为核子时，都要放出或吸收能量，
15、称为核能。例如： 2、质能方程：爱因斯坦提出物体的质量和能量的关系： Emc2质能方程3、核能的计算：在核反应中，及应后的总质量，少于反应前的总质量即出现质量亏损，这样的反就是放能反应，若反应后的总质量大于反应前的总质量，这样的反应是吸能反应。 吸收或放出的能量，与质量变化的关系为：Emc24、释放核能的途径裂变和聚变（1）裂变反应：裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如：链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件： ab)裂 变 物 质 的 体 积 ， 超 过 临 界 体 积有 中 子 进 入 裂 变 物 质 裂变
16、时平均每个核子放能约 1Mev 能量1kg 全部裂变放出的能量相当于 2500 吨优质煤完全燃烧放出能量（2）聚变反应：聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。例如： 123240176HenMev.平均每个核子放出 3Mev 的能量聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温（3）碰撞过程动量守恒，碰撞前系统动量为零，故得 mvnHe碰撞前后能量相等，即 12mvnHee203579.兆 电 子 伏又三式联立得： 中子动能 12mv34n9728.兆 电 子 伏 兆 电 子 伏 氦核动能12v4He39709.兆 电 子 伏 兆 电 子 伏5.核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是
17、应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀 235 占3%4%） 。减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀 235吸收） 。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强） 。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全） 。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。高中重要物理学史伽利略：的理想斜面试验推翻了亚里士多德的错误结论（力是维持物体运动的原因） ，得出了力是物体运动变化的原因的正确结论；首次发现单摆的等时性。惠更斯：研究单摆振动现象发现单摆周期公式。焦耳：研究了电流的热效应，得出了焦耳定律。开尔文：创立了
18、热力学温标，把273作为零度温标，也叫绝对温标。百分温标（摄氏温标）和热力学温标的分度间隔是相等的。库仑：利用扭秤实验精确研究发现库仑定律：静电荷之间的相互作用力与电量成正比，与距离平方成反比，发现静电力常量。麦克斯韦：1864 年预言了电磁波的存在；建立了电磁场理论；光的电磁说。牛顿(英 )：牛顿三定律和万有引力定律，光的色散，光的微粒说。卡文迪许(英)：利用卡文迪许扭秤首测万有引力恒量。库仑(法 )：库仑定律，利用库仑扭秤测定静电力常量。奥斯特(丹麦)：1820 年电流可以使周围的磁针偏转的效应，发现电流周围存在磁场，称为电流的磁效应安培(法 )：磁体的分子电流假说，电流间的相互作用。法拉
19、第(英) ： 1831 年研究电磁感应(磁生电) 现象，法拉第电磁感应定律，法拉第首先引入了虚拟的电场线，后发现了电磁感应现象。赫兹(德 )：用实验证实了电磁波的存在。惠更斯(荷兰)：光的波动说。托马斯扬( 英 )：光的双缝干涉实验，证实了光具有波动性。爱因斯坦(德、美) ：用光子说解释光电效应现象；质能方程；相对论。汤姆生(英) ： 1897 年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。卢瑟福(英) ： 1919 年 用 粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子 粒子散射实验，原子的核式结构模型。预言了中子的存在。玻尔(丹麦 )：关于原子模型的三个假设；氢光谱理论。贝克勒尔(法)：1896 年发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构。皮埃尔居里(法)和玛丽居里 (法)：发现放射性元素钋、镭。查德威克(英)：1932 年在 粒子轰击铍核时发现中子。约里奥居里(法)和伊丽芙 居里(法)：发现人工放射性同位素。开普勒：发现了行星运动规律。伦琴：发现了 X 射线。普朗克：1900 年 解释物体热辐射规律提出电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界，提出了能量子。康普顿：康普顿效应说明光子有动量，即光具有有粒子性。德布罗意：在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性。
