高中物理 原子物理知识总结3

一、原子模型

1.汤姆生模型（枣糕模型）

汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。

2.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）

α粒子散射是用α粒子轰击金箔，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，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电

荷和质量一集中在一个很小的核上。

卢瑟福由α粒子散射提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的正电荷和几乎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粒子散射的数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15

m。

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。） ∞n E /eV0

⑴玻尔的三条假设（量子化）

4 -0.85 3 ①轨道量子化r2

-10

E2 n=nr1 r1=0.53×10m 2 -3.4

E1 ②能量量子化：E3 EE1nn2 E1=-13.6eV

1 -13.6

氢原子的能级图

③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν=Em-En

⑵从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一频率的光子；

而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。

⑶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），

玻尔理论地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的物理理论（牛顿第二

律、向心力、库仑力），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

⑴炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱。

⑵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灵敏而且迅速。只要某种元素在物质中的含量达到10-10

g，就可以从光谱中发现它的特征谱线。

二、天然放射现象 1.天然放射现象

天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。 2.各种放射线的性质比较

种 本 质电速电贯穿性 类 质 量（u） 荷（e） 度（c） 离性 α氦4 +2 0.1 最最弱，纸能挡住 射线 核 强 β电1/1-1 0.9较较强，穿几mm射线 子 840 9 强 铝板 γ光0 0 1 最最强，穿几cm射线 子 弱 铅 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： γ α

α γ

β 如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，O γ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。⑶图中γ肯打在⑴O点；如果α也打在 O 点，则β必打在 ⑵ O 点下方；如果β也打在 ⑶

O点，则α必打在O点下方。

三、核反 1.核反类型

⑴衰变： α衰变：238234411492U90Th2He（核内21H20n2He）

β衰变：234234011090Th91Pa1e（核内0n1H1e）

+β衰变：30P3001101514Si1e（核内1H0n1e）

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：14N417O172He81H（发现质子的核反）

9Be412142He6C0n（发现中子的核反）

2743013030013Al2He15P0n 15P14Si1（人工制造放射性同位素）e ⑶重核的裂变： 235114192192U0n56Ba36Kr30n 在一条件下（超过临界体积）

，裂变反会连续不断地进行下去，这就是链式反。

⑷轻核的聚变：23411H1H2He0n（需要几百万度高温，所以又叫热核反）

所有核反的反前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不

守恒。）

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

t核的统计规律）计算式为：N1TtN0表示核的个数 ，此式也可以演变成

2N

ttmm1TTt0或，式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出

2nn1t02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，跟原子所处的物理、化学状态无关。 3.放射性同位素的用

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）

四、核能 1.核能

核反中放出的能叫核能。

2.质量亏损

核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 3.质能方程

爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：

E = mc2

，这就是爱因斯坦的质能方程。 质能方程的另一个表达形式是：ΔE=Δmc2

。 以上两式中的各个物理量都必须采用单位。

在非单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对。

在有关核能的计算中，一要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 4.释放核能的途径

凡是释放核能的核反都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反都是释放核能的。

5.核反堆

目前的所有正式运行的核电站都是用裂变发电的。

核反堆的主要组成是：

⑴核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%~4%）。

⑵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）。 ⑶控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。

⑷冷却剂。用水或液态钠（把反堆内的热量传输出去用于发电，同时使反堆冷却，保证安全）。

⑸水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。 4.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，就可以用牛顿律确该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。

对电子微观粒子，牛顿律已不再适用，因此不能用确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，可以形象地称之为电子云。

5.激光的特性及其用

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：⑴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。）⑵平行度好。（传播很远距离之后仍能保持一强度，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。）⑶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，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，焊接视膜。利用激光产生的高温高压引起核聚变。）

6.粒子物理学

到19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。

2030年代以来，人们认识了正电子、μ子、K介子、π介子粒子。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。

用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化。