最新-高中物理 原子物理重要知识点详解 精品
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原子物理粒子的波粒二象性知识点总结随着科学技术的不断发展,人们对于原子物理粒子的研究也越来越深入。
在这个过程中,科学家们发现了一些令人困惑的现象,即原子物理粒子既表现出波动性,又表现出粒子性,这就是著名的波粒二象性现象。
在本文中,我们将对原子物理粒子的波粒二象性进行总结和介绍。
一、波粒二象性的概念原子物理粒子的波粒二象性是指它既可以表现出波动性,又可以表现出粒子性的性质。
具体而言,当我们观察原子物理粒子的运动时,它们的行为既像波一样呈现出干涉和衍射等波动性现象,又像粒子一样具有质量和位置等粒子性的特征。
这种奇特的性质挑战了我们对于物质本质的认识。
二、波粒二象性的实验证据众多的实验证据证明了原子物理粒子的波粒二象性。
其中最为著名的实验是双缝干涉实验。
在这个实验中,科学家将一束光通过两个缝隙,并让光射到屏幕上。
实验结果表明,光通过两个缝隙后形成了干涉条纹,这意味着光既具有波动性,又具有粒子性。
三、德布罗意假设德布罗意假设是对波粒二象性的又一重要解释。
法国物理学家德布罗意提出了著名的德布罗意假设,即物质粒子具有波动性。
根据德布罗意的理论,物质粒子的波长与动量成反比,这一关系被称为德布罗意关系式。
这一假设在后续的实验中得到了验证,进一步巩固了原子物理粒子的波粒二象性。
四、应用波粒二象性的发现和理解在科学研究和技术应用上具有重要意义。
首先,在量子力学领域,波粒二象性成为了量子理论的基本概念,为我们解释微观世界的奇特现象提供了理论依据。
其次,在光电子学和材料科学领域,波粒二象性的应用十分广泛。
例如,基于波粒二象性的电子显微镜可以帮助科学家观察和研究原子尺度下的结构和性质,为材料设计和制备提供了关键支持。
总结起来,原子物理粒子的波粒二象性是一项引人入胜的科学研究领域。
通过实验和理论的探索,我们逐渐认识到了物质的本质是多样的,既可以呈现出波动性,又可以呈现出粒子性。
这些研究不仅有助于我们深入了解微观世界的奥秘,而且在科技创新和应用中也发挥着重要的作用。
新高考物理高考知识点归纳新高考物理作为高中物理教学的重要组成部分,其知识点广泛而深入,涵盖了力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等多个领域。
以下是对新高考物理知识点的归纳总结:一、力学基础1. 运动学:包括直线运动、曲线运动、圆周运动等,重点掌握位移、速度、加速度的概念和计算方法。
2. 牛顿运动定律:理解牛顿第一、二、三定律,能够运用这些定律解决实际问题。
3. 动量守恒定律:掌握动量、冲量的概念,以及动量守恒定律在碰撞问题中的应用。
4. 能量守恒定律:理解能量守恒的概念,掌握动能、势能的计算,以及机械能守恒的条件和应用。
二、热学1. 热力学第一定律:理解内能、热量和功的概念,掌握热力学第一定律的应用。
2. 理想气体状态方程:学习理想气体的性质,掌握状态方程的运用。
3. 热机效率:了解热机的工作原理,掌握热机效率的计算方法。
三、电磁学1. 静电学:包括电荷守恒定律、库仑定律、电场强度、电势等概念。
2. 电流和电路:理解电流、电压、电阻、欧姆定律等基本概念,掌握电路的基本组成和计算方法。
3. 磁场:学习磁场的产生、磁感应强度、安培环路定理等。
4. 电磁感应:理解法拉第电磁感应定律和楞次定律,掌握感应电动势的计算。
四、光学1. 光的反射和折射:掌握平面镜、球面镜的成像规律,理解折射定律和全反射现象。
2. 光的干涉和衍射:学习干涉条纹的形成、衍射现象,理解干涉和衍射的原理。
3. 光的偏振:了解偏振现象和偏振原理。
五、原子物理学1. 原子结构:学习原子的核式结构,理解电子云的概念。
2. 原子核:了解原子核的组成、核力、放射性衰变等概念。
3. 量子力学基础:掌握波粒二象性、薛定谔方程等量子力学的基本概念。
结束语新高考物理知识点的归纳不仅要求学生对基础知识有深入的理解,还要求能够灵活运用这些知识解决实际问题。
通过不断的练习和思考,学生可以更好地掌握物理学科的核心概念和原理,为未来的学习和研究打下坚实的基础。
光学一、光的折射1.折射定律:2.光在介质中的光速:3.光射向界面时,并不是全部光都发生折射,一定会有一部分光发生反射。
4.真空/空气的n等于1,其它介质的n都大于1。
5.真空/空气中光速恒定,为,不受光的颜色、参考系影响。
光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。
6.光线比较时,偏折程度大(折射前后的两条光线方向偏差大)的光折射率n大。
二、光的全反射1.全反射条件:光由光密(n大的)介质射向光疏(n小的)介质;入射角大于或等于临界角C,其求法为.2.全反射产生原因:由光密(n大的)介质,以临界角C射向空气时,根据折射定律,空气中的sin角将等于1,即折射角为90°;若再增大入射角,“sin空气角”将大于1,即产生全反射.3.全反射反映的是折射性质,折射倾向越强越容易全反射。
即n越大,临界角C越小,越容易发生全反射。
4.全反射有关的现象与应用:水、玻璃中明亮的气泡;水中光源照亮水面某一范围;光导纤维(n大的内芯,n小的外套,光在内外层界面上全反射)三、光的本质与色散1.光的本质是电磁波,其真空中的波长、频率、光速满足(频率也可能用表示),来源于机械波中的公式。
2.光从一种介质进入另一种介质时,其频率不变,光速与波长同时变大或变小.3.将混色光分为单色光的现象成为光的色散.不同颜色的光,其本质是频率不同,或真空中的波长不同。
同时,不同颜色的光,其在同一介质中的折射率也不同。
4.色散的现象有:棱镜色散、彩虹。
频率f(或ν)真空中里的波长λ折射率n同一介质中的光速偏折程度临界角C红光大大大紫光大大大原因n越大偏折越厉害发生全反射光子能量发生光电效应双缝干涉时的条纹间距Δx发生明显衍射红光大容易紫光容易大容易原因临界角越小越容易发生全反射波长越大越有可能发生明显衍射四、光的干涉1.只有频率相同的两个光源才能发生干涉。
2.光的干涉原理(同波的干涉原理):真空中某点到两相干光源的距离差即光程差Δs.当时,即光程差等于半波长的奇数倍时,由于两光源对此点的作用总是步调相反,叠加后使此点振动减弱;当时,即光程差等于波长的整数倍,半波长的偶数倍时,由于两光源对此点的作用总是步调一致,叠加后使此点振动加强。
高三原子物理知识点总结人教版高三原子物理知识点总结(人教版)高三是学生们备战高考的决战之年,各科的知识点都需要彻底掌握。
在理科中,物理是一门重要的学科之一。
其中,原子物理是高中物理中的一大重点,下面就来对人教版高中物理中的原子物理知识进行总结。
第一节:原子结构与量子理论原子是构成物质的基本单位,而原子的结构和性质则是量子理论的研究对象。
根据人教版高中物理教材的内容,我们可以将原子结构与量子理论相关的知识点总结为以下几个方面:1. 原子的组成:原子由带正电荷的原子核和围绕核的电子构成,原子核由质子和中子组成,而电子则处在原子的不同能级上。
2. 质子和中子:质子是带正电荷的基本粒子,质量约为1.67×10-27公斤;中子没有电荷,质量约为质子的1.0087倍。
原子序数Z等于原子核中质子的个数,而质子数等于电子数。
3. 电子的能级:电子在原子中的能级可分为K、L、M等几个能级。
电子最稳定的状态是在最低能级K壳,如果电子受到能量的激发,可以跃迁到更高的能级。
4. 玻尔原子模型:根据玻尔原子模型,电子在能级间跳跃的能量变化只能是量子化的,即能量的传递是以一个量子作为单位的。
玻尔原子模型对于描述氢原子的结构和光谱现象有很好的解释。
5. 德布罗意波动假设:德布罗意假设了物质中的粒子具有波动性。
根据德布罗意波动假设,可以推导出电子波长公式,即de Broglie equation。
第二节:原子核的结构与性质原子核是原子的重要组成部分,关于原子核的结构和性质,我们可以总结为以下几个方面:1. 原子核的构成:原子核是由质子和中子构成的。
质子和中子又被称为核子,质子数目决定了元素的化学性质,而质子数目加上中子数目决定了元素的同位素。
2. 原子核的稳定性:原子核的稳定性受到电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用的共同影响。
稳定的原子核具有较大的结合能,而不稳定的原子核则会发生放射性衰变。
3. 放射性衰变:放射性衰变是一种不稳定原子核减少能量和重新获得稳定性的过程。
百度文库 - 让每个人平等地提升自我第一讲 原 子 物 理自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后,物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘,经过众多科学家的努力,逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。
本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。
§ 原子1.1.1、原子的核式结构1897年,汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子,由此认识到原子也应该具有内部结构,而不是不可分的。
1909年,卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔,即α粒子的散射实验,发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数发生偏转,并且有极少数偏转角超过了90°,有的甚至被弹回,偏转几乎达到180°。
1911年,卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说,这个学说的内容是:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,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的空间里软核旋转,根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm 以下。
1、1.2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的,但它与经典论发生了严重的分歧。
电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射,运动不停,辐射不止,原子能量单调减少,轨道半径缩短,旋转频率加快。
由此可得两点结论:①电子最终将落入核内,这表明原子是一个不稳定的系统; ②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。
原子是一个不稳定的系统显然与事实不符,实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。
如此尖锐的矛盾,揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。
为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性,玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论,虽然这是一个过渡性的理论,但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。
高中物理原子与原子核知识点总结必修三原子、原子核这一章虽然不是重点;但是高考选择题也会涉及到;其实只要记住模型和方程式;就不会在做题上出错;下面的一些总结希望对大家有所帮助.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说;玻尔把量子说引入到核式结构模型之中;建立了以下三个假说为主要内容的玻尔理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的;发现质子的核反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程..整个知识体系;可归结为:两模型原子的核式结构模型、波尔原子模型;六子电子、质子、中子、正电子、粒子、光子;四变衰变、人工转变、裂变、聚变;两方程核反应方程、质能方程..4条守恒定律电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒贯串全章..1.汤姆生模型枣糕模型汤姆生发现电子;使人们认识到原子有复杂结构..从而打开原子的大门.2.卢瑟福的核式结构模型行星式模型卢瑟福α粒子散射实验装置;现象;从而总结出核式结构学说α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔;实验现象:结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进;但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上..卢瑟福由α粒子散射实验提出:在原子的中心有一个很小的核;叫原子核;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运动..由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m..而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾:①原子是否稳定;②其发出的光谱是否连续3.玻尔模型引入量子理论;量子化就是不连续性;整数n叫量子数玻尔补充三条假设⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态称为定态;电子虽然绕核运转;但不会向外辐射能量..本假设是针对原子稳定性提出的⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态;要辐射或吸收一定频率的光子其能量由两定态的能量差决定本假设针对线状谱提出辐射吸收光子的能量为hf=E初-E末氢原子跃迁的光谱线问题一群氢原子可能辐射的光谱线条数为 ..大量处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式⑶能量和轨道量子化----定态不连续;能量和轨道也不连续;即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应;原子的定态是不连续的;因此电子的可能轨道分布也是不连续的针对原子核式模型提出;是能级假设的补充氢原子的激发态和基态的能量最小与核外电子轨道半径间的关系是:说明氢原子跃迁① 轨道量子化r n=n2r1n=1;2.3…r1=0.53×10-10m=-13.6eV能量量子化:E1②③氢原子跃迁时应明确:一个氢原子直接跃迁向高能级跃迁;吸收光子一般光子某一频率光子一群氢原子各种可能跃迁向低能级跃迁放出光子可见光子一系列频率光子④氢原子吸收光子时——要么全部吸收光子能量;要么不吸收光子1光子能量大于电子跃迁到无穷远处电离需要的能量时;该光子可被吸收..即:光子和原于作用而使原子电离2光子能量小于电子跃迁到无穷远处电离需要的能量时;则只有能量等于两个能级差的光子才能被吸收..受跃迁条件限:只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的情况..⑤氢原子吸收外来电子能量时——可以部分吸收外来碰撞电子的能量实物粒子作用而使原子激发..因此;能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收;从而使氢原子跃迁..E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2;有规律可依E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89; E53=0.97 E43=0.66; E54=0.31⑶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..氢原子在n能级的动能、势能;总能量的关系是:EP=-2EK;E=EK+EP=-EK..类似于卫星模型由高能级到低能级时;动能增加;势能降低;且势能的降低量是动能增加量的2倍;故总能量负值降低..量子数1.天然放射现象的发现;使人们认识到原子核也有复杂结构..核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变用电磁场研究:2.各种放射线的性质比较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:四种核反应类型衰变;人工核转变;重核裂变;轻核骤变⑴衰变:α衰变:实质:核内α衰变形成外切同方向旋;β衰变:实质:核内的中子转变成了质子和中子β衰变形成内切相反方向旋;且大圆为α、β粒子径迹..+β衰变:核内γ衰变:原子核处于较高能级;辐射光子后跃迁到低能级..⑵人工转变:发现质子的核反应卢瑟福用α粒子轰击氮核;并预言中子的存在发现中子的核反应查德威克钋产生的α射线轰击铍人工制造放射性同位素正电子的发现约里奥居里和伊丽芙居里夫妇α粒子轰击铝箔⑶重核的裂变:在一定条件下超过临界体积;裂变反应会连续不断地进行下去;这就是链式反应..⑷轻核的聚变:需要几百万度高温;所以又叫热核反应所有核反应的反应前后都遵守:质量数守恒、电荷数守恒..注意:质量并不守恒..核能计算方法有三:①由△m单位为“kg”计算;②由△E=931.5△m△m 单位为“u”计算;③借助动量守恒和能量守恒计算..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 ;此式也可以演变成或 ;式中m表示放射性物质的质量;n 表示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;与物理和化学状态无关、同位素等重要概念放射性标志3.放射性同位素的应用⑴利用其射线:α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..γ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..⑵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..⑶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..高考对本章的考查:以α粒子散射实验、原子光谱为实验基础的卢瑟福原子核式结构学说和玻尔原子理论;各种核变化和与之相关的核反应方程、核能计算等..在核反应中遵循电荷数守恒和质量数守恒;在微观世界中动量守恒定律同样适用..。
高三物理知识点全部归纳总结大全物理作为一门理科学科,是高中学生要学习的必修科目之一。
而对于高三学生来说,物理知识点的全面掌握和总结是非常重要的,不仅可以帮助他们在考试中取得好成绩,而且有助于对物理学科的整体理解。
本文将从力学、热学、光学、电磁学和原子物理等方面对高三物理知识点进行归纳和总结,希望对学生的学习有所帮助。
一、力学力学是物理学中最基础的分支之一,主要研究物体在力的作用下的运动规律。
高三物理力学的主要知识点归纳如下:1. 运动学- 位移、速度与加速度的关系- 匀速直线运动- 合速度与合位移- 自由落体运动- 斜抛运动2. 动力学- 牛顿三定律- 质点的平衡条件- 物体受力分析- 惯性与惯性系- 动量守恒定律- 动能定理- 功、功率与能量转化3. 弹性力学- 弹簧的劲度系数与弹簧定律- 弹簧势能- 弹簧组合与串联二、热学热学是物理学中研究热量与能量转化的一门学科。
高三物理热学的主要知识点归纳如下:1. 热的传递- 热传导- 热对流- 热辐射2. 热力学- 温度、热量与热功- 气体分子运动与温度- 热容与比热容- 理想气体状态方程- 理想气体的等温过程、绝热过程与等容过程三、光学光学是研究光的产生、传播、反射、折射和干涉等现象的科学。
高三物理光学的主要知识点归纳如下:1. 光的传播- 光的直线传播- 光的反射- 光的折射2. 光的干涉- 干涉光的条件- 薄膜干涉- 条纹间距的计算3. 光的波动性- 光的反射与折射的波动解释- 光的衍射- 光的偏振四、电磁学电磁学是物理学中研究电荷与电磁场相互作用规律的一门学科。
高三物理电磁学的主要知识点归纳如下:1. 静电场- 电荷与电场- 电荷分布与电场- 电场强度- 高斯电场定理2. 电流与磁场- 电流、电荷与电流的关系- 磁场与电流的相互作用- 磁场线及其性质- 洛伦兹力与安培力3. 电磁感应- 法拉第电磁感应定律- 活动磁力线- 感应电动势、感应电流- 自感与互感五、原子物理原子物理是物理学中研究物质的微观结构和性质的学科。
高中物理重要知识点高中物理是一门逻辑性和系统性很强的学科,对于我们理解自然界的规律和解决实际问题有着重要的作用。
下面为大家梳理一些高中物理的重要知识点。
一、力学部分1、牛顿运动定律牛顿第一定律揭示了物体具有惯性,力是改变物体运动状态的原因。
牛顿第二定律指出物体的加速度与作用力成正比,与物体的质量成反比,表达式为 F=ma 。
牛顿第三定律则表明作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
在解决力学问题时,往往需要综合运用这三个定律,分析物体的受力情况和运动状态。
2、功和能功是力在空间上的累积效果,其计算公式为 W =Fs cosθ,其中θ是力与位移方向的夹角。
功率表示做功的快慢,分为平均功率和瞬时功率。
动能定理指出合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。
机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的系统中,动能和势能可以相互转化,但机械能的总量保持不变。
3、动量动量是描述物体运动状态的物理量,其表达式为 p = mv 。
动量定理表明合外力的冲量等于物体动量的变化。
动量守恒定律在一个系统不受外力或所受合外力为零时,系统的总动量保持不变。
二、热学部分1、分子动理论物质是由大量分子组成的,分子在不停地做无规则运动,分子间存在相互作用力。
分子的热运动与温度有关,温度越高,分子的热运动越剧烈。
2、热力学定律热力学第一定律揭示了内能的改变与做功和热传递之间的关系,即△U = Q + W 。
热力学第二定律指出了热现象的方向性,即在自然过程中,热量总是从高温物体传向低温物体,而不可能自发地从低温物体传向高温物体。
三、电学部分1、电场电场强度是描述电场强弱和方向的物理量,其定义式为 E = F / q 。
电场线可以形象地描述电场的分布。
电势和电势能是描述电场能的性质的物理量,沿着电场线方向,电势逐渐降低。
2、电路欧姆定律描述了一段导体中的电流、电压和电阻之间的关系,即 I = U / R 。
串并联电路具有不同的电流、电压和电阻特点。
物理原子基础知识点总结一、原子结构1. 原子的概念原子是物质的最小单位,具有原子核和绕核运动的电子。
原子核由质子和中子组成,质子带正电,中子不带电。
原子核占据原子体积很小,质子和中子的质量和核电荷数相差不大。
2. 原子结构的发现19世纪末20世纪初,科学家们通过实验发现了原子结构的主要组成部分,包括:(1)卢瑟福的α射线散射实验:卢瑟福用α射线轰击薄金属箔,发现部分α粒子被散射,认为原子结构中存在一个带正电的核,并提出了著名的原子核模型。
(2)汤姆逊的电子云模型:汤姆逊通过阴极射线管实验,发现电子是原子的基本组成部分,并提出了电子云模型,认为电子绕核运动。
(3)玻尔的量子化理论:玻尔根据爱因斯坦的光量子理论,提出原子的能级结构,构建了玻尔模型,解释了氢原子光谱的规律。
3. 原子结构的基本特征根据现代原子理论,原子结构具有以下基本特征:(1)原子核:原子核由质子和中子组成,质子的质量是中子的约2倍,电子的质量很小,约为质子质量的1/1836。
(2)电子云:电子绕核运动,在一定区域内形成电子云,电子云分布不均匀,密度最大的区域是电子轨道。
(3)原子序数:原子核中质子的个数称为原子序数,决定了元素的化学性质和位置。
4. 元素周期表元素周期表是根据元素的原子序数和元素性质排列的表格。
元素周期表中的元素按照原子序数递增的顺序排列,每个元素的化学性质与他们所在的行和列有关。
元素周期表的排列规律可以反映出原子结构的特点,如周期性性质、原子结构的规律性等。
二、原子性质1. 原子的质量原子的质量主要来自于原子核和电子,其中电子的质量远小于原子核。
原子的质量单位是原子质量单位(amu),1amu约等于质子的质量,即1.66×10^-27kg。
2. 原子的电荷原子核带正电,由质子组成,质子电荷数为正。
而电子带负电,电子的电荷数与质子相等,为负电。
3. 原子的稳定性原子的稳定性与其核子的数目有关,一般来说,原子核中质子和中子的比例对于原子的稳定非常重要。
原子物理学知识点总结1.原子的定义:在化学变化中,保持其他物理性质不变,仅仅由于最外层电子数目发生变化而引起的一种微粒叫做原子。
原子的构成:由带正电荷的原子核和绕其周围运动的带负电荷的电子组成。
正电荷数量较多的原子核具有很强的吸引力,使得大量的电子云都集中到它周围。
放射性:具有放射性的元素称为放射性元素。
发生放射性衰变时,原子核里面的一个核子转变为另一个核子的过程。
如果不控制反应条件,那么一部分原子可以通过多次核衰变,最终转变为另一种新的元素。
放射性元素是核素。
其它的元素也可以由自发的衰变过程变成放射性元素。
比如钾元素就是由镭通过自发衰变变成的。
具有放射性的同位素有三种,即镭-226、钍-232、锕-233。
这些原子核内都含有中子,并且都是稳定的。
一般说来,放射性元素有时候会失去一个或几个中子,有时则会增加。
具有放射性的元素,除了具有稳定性之外,还会发出一定的射线。
它们能用作示踪剂,以便研究原子核内部的结构,核物质的组成,元素的衰变规律及其在宇宙中的行踪。
例如: 60S核素是人工放射性元素,具有热中子俘获截面高、热中子发射截面低等优点。
它在反应堆中的半衰期约为1~100年。
特别是60S能够转变为稳定的铀-233,故它是有用的中子源,可用来制造同位素,进行中子活化分析。
因此,它对核燃料循环起着重要作用。
而60S的放射性又可使一些金属的原子核发生裂变,如40S、 39S、36S,这些裂变产物对提取某些稀有金属有利,也是人工制备核燃料的重要原料。
如何认识这个问题:要从分子、原子、离子等微观层面来认识物质的属性,因为物质都是由分子、原子、离子等微粒构成的。
2.原子序数、相对原子质量与核电荷数之间的关系:核电荷数=质子数+中子数=n-n_m例如: H的相对原子质量为14,核电荷数为14,它的核电荷数和质子数的乘积就是它的相对原子质量。
3.元素周期表的建立:对大量已知元素的性质、元素符号、原子序数、原子量、相对原子质量等数据统计整理而成。
第一讲 原 子 物 理 自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后,物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘,经过众多科学家的努力,逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。 §1.1 原子 1.1.1、原子的核式结构 1897年,汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子,由此认识到原子也应该具有内部结构,而不是不可分的。1918年,卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔,即α粒子的散射实验,发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数发生偏转,并且有极少数偏转角超过了90°,有的甚至被弹回,偏转几乎达到180°。 1911年,卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说,这个学说的内容是:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,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的空间里软核旋转,根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。 1、1.2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的,但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射,运动不停,辐射不止,原子能量单调减少,轨道半径缩短,旋转频率加快。由此可得两点结论:
①电子最终将落入核内,这表明原子是一个不稳定的系统; ②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符,实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾,揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性,玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论,虽然这是一个过渡性的理论,但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容: 一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态。 二、原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这种定态的能量差决定,即 h
=E2-E1
三、氢原子中电子轨道量子优化条件:氢原子中,电子运动轨道的圆半径r和运动初速率v需满足下述关系:
2
hnrmv
,n=1、2…… 其中m为电子质量,h为普朗克常量,这一条件表明,电子绕核的轨道半径是不连续的,或者说轨道是量子化的,每一可取的轨道对应一个能级。 定态假设意味着原子是稳定的系统,跃迁假设解释了原子光谱的离散性,最后由氢原子中电子轨道量子化条件,可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。
氢原子的轨道能量即原子能量,为 rekmvE2221 因圆运动而有 222rekrvm 由此可得 rekE22 根据轨道量子化条件可得:
mrhnv2,n=1,2……
因22mvekr,便有 2222224hnrmmker 得量子化轨道半径为:
2222
4kmehn
rn
,n=1,2……
式中已将r改记为rn对应的量子化能量可表述为:
224222hnemk
En
,n=1,2……
n=1对应基态,基态轨道半径为 22214kmehr 计算可得: mr1111029.5=0.529A r1也称为氢原子的玻尔半径
基态能量为 242212hemkE 计算可得: E1=6.13eV。 对激发态,有:
2112,nEErnrnn
,n=1,2…
n越大,rn越大,En也越大,电子离核无穷远时,对应0E,因此氢原子的电离能为: eVEEEE6.1311电离 电子从高能态En跃迁到低能态Em辐射光子的能量为: mnEEhv
光子频率为 )11(221mnhEhEEvmn,mn 因此氢原子光谱中离散的谱线波长可表述为:
1111)1(22mnEhcr
c
,mn 试求氢原子中的电子从第n轨道迁跃到n-1第轨道时辐射的光波频率,进而证明当n很大时这一频率近似等于电子在第n轨道上的转动频率。
辐射的光波频率即为辐射的光子频率,应有)(11nnEEh 将 224222hnemkEn 代入可得
223422223422)1(1221)1(12nnnhmeknnhmek
当n很大时,这一频率近似为 334224hnmek 电子在第n轨道上的转动频率为:
222nnnnnnrmrmvrUf
将 2hnrmvnn 代入得 334224hnmekfn 因此,n很大时电子从n第轨道跃迁到第n-1轨道所辐射的光波频率,近似等于电子在第n轨道上的转动频率,这与经典理论所得结要一致,据此,玻尔认为,经典辐射是量子辐射在n时的极限情形。 1、1.3、氢原子光谱规律 1、巴耳末公式 研究原子的结构及其规律的一条重要途径就是对光谱的研究。19世纪末,许多科学家对原子光谱已经做了大量的实验工作。第一个发现氢原子线光谱可组成线系的是瑞士的中学教师巴耳末,他于1885年发现氢原子的线光谱在可见光部分的谱线,可归纳为如下的经验公式
221211nR
,n=3,4,5,…
式中的为波长,R是一个常数,叫做里德伯恒量,实验测得R的值为1.1867761181m。上面的公式叫做巴耳末公式。当n=3,4,5,6时,用该式计算出来的四条光谱线的波长跟从实验测得的H、H、H、H四条谱线的波长符合得很好。氢光谱的这一系列谱线叫做巴耳末系。 2、里德伯公式 1896年,瑞典的里德伯把氢原子光谱的所有谱线的波长用一个普遍的经验公式表示出来,即
2221111nnRn=1,2,3…112nn,21n,31n…
上式称为里德伯公式。对每一个1n,上是可构成一个谱线系: 11n,22n,3,4… 莱曼系(紫外区)
21n,32n,4,5… 巴耳末系(可见光区)
31n,42n,5,6… 帕邢系(红外区)
41n,52n,6,7… 布拉开系(远红外区)
51n,62n,7,8… 普丰德系(远红外区)
以上是氢原子光谱的规律,通过进一步的研究,里德伯等人又证明在其他元素的原子光谱中,光谱线也具有如氢原子光谱相类似的规律性。这种规律性为原子结构理论的建立提供了条件。 1、1.4、玻尔理论的局限性: 玻尔原子理论满意地解释了氢原子和类氢原子的光谱;从理论上算出了里德伯恒量;但是也有一些缺陷。对于解释具有两个以上电子的比较复杂的原子光谱时却遇到了困难,理论推导出来的结论与实验事实出入很大。此外,对谱线的强度、宽度也无能为力;也不能说明原子是如何组成分子、构成液体个固体的。玻尔理论还存在逻辑上的缺点,他把微观粒子看成是遵守经典力学的质点,同时,又给予它们量子化的观念,失败之处在于偶保留了过多的经典物理理论。到本世纪20年代,薛定谔等物理学家在量子观念的基础上建立了量子力学。彻底摒弃了轨道概念,而代之以几率和电子云概念。
§1、2 原子核
原子核所带电荷为+Ze,Z是整数,叫做原子序数。原子核是由质子和中子组成,两者均称为核子,核子数记为A,质子数记为Z,中子数便为A-Z。原子的元素符号记
为X,原子核可表述为XAZ,元素的化学性质由质子数Z决定,Z相同N不同的称为同 位素。 在原子物理中,常采用原子质量单位,一个中性碳原子质量的121记作1个原子单位,即lu=kg271660566.1。质子质量:。um007226.1中子质量:。umn008665.1
电子质量:。ume000549.0 1.2.1、结合能
除氢核外,原子核XAZ中Z个质子与(A-Z)个中子静质量之和都大于原子核的静质量XM,其间之差:
xnMmZAZmM
称为原子核的质量亏损。式中、分别为质子、中子的静质量。造成质量亏损的原因
是核子相互吸引结合成原子核时具有负的能量,这类似于电子与原子核相互吸引力结合成原子时具有负的能量(例如氢原子处于基态时电子轨道能量为-13.6eV)。据相对论质能关系,负能量对应质量亏损。质量亏损折合成的能量: 2McE
称为原子核的结合能,注意结合能取正值。结合能可理解成为了使原子核分裂成各
个质子和中子所需要的外加你量。AE称为核子的平均结合能。 1.2.2、天然放射现象 天然放射性元素的原子核,能自发地放出射线的现象,叫天然放射现象。这一发现揭示了原子核结构的复杂性。天然放射现象中有三种射线,它们是:
α射线:速度约为光速的1/10的氦核流(He24),其电离本领很大。 β射线:速度约为光速的十分之几的电子流(e10),其电离本领较弱,贯穿本领较弱。 γ射线:波长极短的电磁波,是伴随着α射线、β射线射出的,其电离本领很小,贯穿本领最强。 1.2.3、原子核的衰变 放射性元素的原子核放出某种粒子后,变成另一种新核的现象,叫做原子核的衰变,衰变过程遵循电荷守恒定律和质量守恒定律。用X表示某种放射性元素,z表示它的核电荷数,m表示它的质量数,Y表示产生的新元素,中衰变规律为:
α衰变:通式 HeYzmXzm2424 例如 HeThU249023492238