高二物理3-5知識(shí)點(diǎn)總結(jié)(3)
高二物理3-5知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
高二物理3-5知識(shí)點(diǎn)3：原子結(jié)構(gòu)
一、原子核式結(jié)構(gòu)模型
1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型：
?、烹娮拥陌l(fā)現(xiàn)：
1897年英國物理學(xué)家湯姆生，對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。
電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而打破了原子不可再分的觀念。
?、茰飞脑幽Ｐ停?/p>
1903年湯姆生設(shè)想原子是一個(gè)帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在正電荷中。
2、粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核結(jié)構(gòu)模型
⑴粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，盧瑟福及助手蓋革和馬斯頓完成的。
?、傺b置：如下圖
②現(xiàn)象：
a.絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
b.有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。
c.有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的幾乎達(dá)到180°，即被反向彈回。
?、圃拥暮耸浇Y(jié)構(gòu)模型：
由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會(huì)使粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生明顯的影響。
如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運(yùn)動(dòng)將不發(fā)生明顯改變。散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。
1911年，盧瑟福通過對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析計(jì)算提出原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個(gè)很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。
原子核半徑約為10-15m，原子軌道半徑約為10-10m。
?、枪庾V
?、儆^察光譜的儀器，分光鏡
?、诠庾V的分類，產(chǎn)生和特征
發(fā)射光譜連續(xù)光譜產(chǎn) 生特 征
由熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生的由連續(xù)分布的，一切波長(zhǎng)的光組成
明線光譜由稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生的由不連續(xù)的一些亮線組成
吸收光譜高溫物體發(fā)出的白光，通過物質(zhì)后某些波長(zhǎng)的光被吸收而產(chǎn)生的在連續(xù)光譜的背景上，由一些不連續(xù)的暗線組成的光譜
?、?光譜分析：
一種元素，在高溫下發(fā)出一些特點(diǎn)波長(zhǎng)的光，在低溫下，也吸收這些波長(zhǎng)的光，所以把明線光波中的亮線和吸收光譜中的暗線都稱為該種元素的特征譜線，用來進(jìn)行光譜分析。
二、氫原子光譜
氫原子是最簡(jiǎn)單的原子，其光譜也最簡(jiǎn)單。
1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的，在可見光區(qū)的14條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式表示：
式中R叫做里德伯常量，這個(gè)公式成為巴爾末公式。
除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫個(gè)光區(qū)的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。
氫原子光譜是線狀譜，具有分立特征，用經(jīng)典的電磁理論無法解釋。
三、原子的能級(jí)
玻爾的原子模型：
1.原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾(兩方面)
a.電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)，按照經(jīng)典理論，加速運(yùn)動(dòng)的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。
b.電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率，隨著旋轉(zhuǎn)軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應(yīng)是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應(yīng)是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實(shí)相矛盾。
2.玻爾理論
上述兩個(gè)矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學(xué)成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個(gè)假設(shè)：
?、俣☉B(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。
?、谲S遷假設(shè)：原子從一個(gè)定態(tài)(設(shè)能量為Em)躍遷到另一定態(tài)(設(shè)能量為En)時(shí)，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hv=Em-En
?、圮壍懒孔踊僭O(shè)，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運(yùn)行軌道相對(duì)應(yīng)。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。
?、遣柕臍渥幽Ｐ停?/p>
?、贇湓拥哪芗?jí)公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設(shè)基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，計(jì)算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運(yùn)行時(shí)原子的能量，(包括電子的動(dòng)能和原子的熱能。)
②氫原子的能級(jí)圖：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級(jí)。按能量的大小用圖開像的表示出來即能級(jí)圖。
其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。
高二物理3-5知識(shí)點(diǎn)4：原子核
一、原子核的組成
1、天然放射現(xiàn)象
⑴天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學(xué)，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。
放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性。
放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素。
天然放射現(xiàn)象：某種元素自發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象。這表明原子核存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，是可以再分的。
?、品派渚€的成份和性質(zhì)：用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來研究放射性元素射出的射線，在電場(chǎng)中軌跡，如下圖
射線種類射線組成性 質(zhì)
電離作用貫穿能力
射線氦核組成的粒子流很強(qiáng)很弱
射線高速電子流較強(qiáng)較強(qiáng)
射線高頻光子很弱很強(qiáng)
2、原子核的組成
原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。
在原子核中有：質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)、核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)、中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù)。
二、原子核的衰變;半衰期
?、潘プ儯涸雍擞捎诜懦瞿撤N粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變?cè)谠雍说乃プ冞^程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒
?、瓢胨テ冢悍派湫栽氐脑雍说陌霐?shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，稱該元素的半衰期。
放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。
三、放射性的應(yīng)用與防護(hù);放射性同位素
放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。
正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時(shí)，發(fā)生核反應(yīng)。
1934年，約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷，
即：。
反應(yīng)生成物P是磷的一種同位素，自然界沒有天然的，它是通過核反應(yīng)生成的人工放射性同位素。
與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：
?、俜派鋸?qiáng)度容易控制
?、诳梢灾瞥筛鞣N需要的形狀
③半衰期更短
?、芊派湫詮U料容易處理
放射性同位素的應(yīng)用：
?、倮盟纳渚€
A.由于γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用來γ射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫γ射線探傷儀。
B.利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
C.利用射線使空氣電離而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。
D.利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等
②作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等。
棉花在結(jié)桃、開花的時(shí)候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收。但是，什么時(shí)候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長(zhǎng)時(shí)間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究。
如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時(shí)間用探測(cè)器測(cè)量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，上面的問題就很容易解決。
放射性的防護(hù)：
?、僭诤穗娬镜暮朔磻?yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄
?、谟眠^的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里
?、墼谏钪幸蟹婪兑庾R(shí)，盡可能遠(yuǎn)離放射源
四、核反應(yīng)方程
1.熟記一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)的核反應(yīng)方程式。
?、疟R瑟福用α粒子轟擊氦核打出質(zhì)子：
⑵貝克勒耳和居里夫人發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象：
?、遣榈峦擞?alpha;粒子轟擊鈹核打出中子：
?、染永锓蛉税l(fā)現(xiàn)正電子：
?、奢p核聚變：
⑹重核裂變：
2.熟記一些粒子的符號(hào)
3.注意在核反應(yīng)方程式中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的。
處理有關(guān)核反應(yīng)方程式的相關(guān)題目時(shí)，只要做到了以上幾點(diǎn)，即可順利解決問題。
五、重核裂變;核聚變
釋放核能的途徑——裂變和聚變
1.裂變反應(yīng)：
?、倭炎儯褐睾嗽谝欢l件下轉(zhuǎn)變成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。例如：
?、阪?zhǔn)椒磻?yīng)：在裂變反應(yīng)用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應(yīng)繼續(xù)下去。
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：臨界體積，極高的溫度。
?、?/p>
2.聚變反應(yīng)：
?、倬圩兎磻?yīng)：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應(yīng)，稱為聚變反應(yīng)。例如：
?、谝粋€(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)(同時(shí)放出一個(gè)中子)，釋放出17.6MeV的能量，平均每個(gè)核子放出的能量3MeV以上。比列變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大3-4倍。
?、劬圩兎磻?yīng)的條件;幾百萬攝氏度的高溫。
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