微观粒子
微观粒子知识点总汇
微观粒子知识点总汇一、分子和原子（物质是由分子或原子或离子构成的。
）（1）. 分子(1)概念：分子是保持物质化学性质的最小粒子。
(2)特征：①分子有一定的大小和质量；②分子间有间隔；③分子在不停地运动；④同种物质的分子性质相同；不同种物质的分子性质不同。
(3)应用：①解释物质的变化。
当物质发生物理变化时，分子不变。
当物质发生化学变化时，分子发生变化，②解释物质的三态变化――分子间有间隔③解释生活中的现象。
如：挥发性、溶解、蒸发等――分子在不停地运动（2）. 分子保持物质的化学性质，能否保持物质的物理性质?不能。
物质的物理性质，如熔点、沸点、密度、硬度、状态等，都是该物质大量分子聚集所表现的属性，是宏观现象，单个分子无法表现出来。
（3）. 原子(1)概念：原子是化学变化中的最小粒子。
(2)特征：跟分子的特征相似。
原子是不停地运动着的，原子的质量、体积都很小，原子之间有一定的间隔。
(3)构成：原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成。
每个质子带一个单位的正电荷，每一个电子带一个单位的负电荷，中子不带电，原子核所带的正电荷数为核电荷数。
电子的质量很小，可忽略不计，原子的质量主要集中在原子核上。
（4）. 化学反应的实质在化学反应中，分子发生变化，分子中的原子没有改变，这些原子重新组合成新的分子。
二、原子、分子、离子是构成物质的三种微粒。
1、原子的构成（1）原子结构示意图的认识（2）在原子中核电荷数=质子数=核外电子数决定元素种类:质子数（核电荷数）（3）原子的质量主要集中在原子核上 （4）三决定 决定元素化学性质: 最外层电子数（5）相对原子质量≈质子数+中子数 决定原子的质量: 原子核2、离子：带电的原子或原子团（1）表示方法及意义：如Fe 3+：一个带3个单位正电荷的铁离子（2）离子结构示意图的认识注意：与原子示意图的区别：质子数=电子数则为原子结构示意图原子数≠电子数为离子结构示意图三、元素的概念：具有相同核电荷数（即核内质子数）的同一类原子的总称为元素。
微观粒子清单
第一类：纯单个粒子，中微子，电子，大统一粒子，夸克。
第二类：由两个基本粒子合成的粒子，如π介子，W、Z玻色子。
第三类：由三个基本粒子合成的粒子，如：中子，质子及其它强子。
第一类粒子中的大统一粒子不能游离态存在，它们必须二个并存，构成了π介子，和W玻色子。
（特别注意的是，这一点与传统理论完全不同，为什么要这样猜想呢？你如果接着往下看就明白了。
）第一类中的夸克也不能单独存在，它们必须三个并存在，构成了质子与中子等强子二、基本粒子质量关系因此，我们只要分析第一类粒子，就知道第二类和第三类粒子的情况，以下是从粒子的质量着手分析的。
它们之间的质量转换关系式是：大统一粒子二代－sinα→ 夸克－sinα→ 大统一粒子一代－sinα→ 电子－sinα→ 中微子根据复时空理论，sinα为力的作用强度，在这个转换关系式中，由于弱电是统一的，故只存在两种力的作用强度：对于强作用力来说sinα＝1－5为了与实验结果相符取为4.7对于弱电相互作用来说：sinα＝1/137因为电子的质量是已知的，现在我们来推算其它粒子的质量，电子的质量＝0.51Mev通过关系：m中微子＝m电子sinα。
（弱电力参与作用过程，故sinα＝1/137）1、中微子质量＝0.0037 Mev通过关系：m电子＝m大统一粒子sinα。
（弱电力参与作用过程，故sinα＝1/137）2、大统一粒子一代质量＝70 Mev通过关系：m大统一粒子一代＝m夸克sinα。
（强作用力参与作用过程，故取sinα＝4.7）3、夸克质量＝330 Mev通过关系：m夸克＝m大统一粒子二代 sinα。
（弱电力参与作用过程，故取sinα＝1/137）4、m大统一粒子二代＝45Gev合成粒子的质量：由于我们无法观测到大统一粒子一代、二代和夸克的质量，但我们可以得出其合成粒子的质量：π介子质量＝2×大统一粒子一代＝2×70＝140mev中子的质量＝3×夸克＝3×330＝990 mevW、Z玻色子＝2×大统一粒子二代＝2×45＝90Gev考虑到粒子结合后，结合能会消耗部分质量能，所以比实验室测出的真实质量要高。
微观粒子的相互作用与粒子物理学
微观粒子的相互作用与粒子物理学作为物质构成基本单位的微观粒子，其相互作用是粒子物理学研究的核心内容之一。
在宏观上，我们看到的物质世界众多现象都是由微观粒子的相互作用所引起的。
本文将从微观粒子相互作用的基本概念开始，探讨其对粒子物理学的意义。
一、微观粒子相互作用的基本概念微观粒子的相互作用是指微观粒子之间的力或作用力。
这些力包括强力、电磁力、弱力和万有引力，它们分别对应了物质世界中不同尺度下的相互作用。
这些相互作用力的不同特性决定了微观粒子的行为和宏观物质的性质。
二、强力与微观世界的统一强力是微观粒子相互作用中最强的一种力，在原子核内起着维持核结构的作用。
近年来，科学家们通过高能物理实验取得了重大突破，发现了一种新的基本粒子——希格斯玻色子（Higgs boson）。
希格斯玻色子的发现，不仅验证了希格斯场的存在，也进一步巩固了标准模型对微观粒子相互作用的描述。
强力的理论研究对于我们理解宇宙起源和物质形成具有重要意义。
三、电磁力与物质间的相互作用电磁力是微观粒子相互作用中最常见和重要的一种力。
它不仅控制着原子间的结合和分离，也是光、热和电信号传播的基础。
在电磁力的作用下，电子围绕原子核运动，形成稳定的原子结构。
通过电磁力的操控，我们能够探索材料的性质，开发各种电子设备，并实现通讯、能源等方面的快速发展。
四、弱力与微观粒子衰变的秘密弱力是微观粒子相互作用中的一种力，它揭示了微观领域中粒子衰变的奥秘。
通过观察一些基本粒子在实验条件下的衰变过程，科学家们发现了许多重要的物理现象，如中微子振荡等。
这些发现不仅深化了我们对粒子物理学的理解，也为基本粒子物理学的发展提供了重要线索。
五、万有引力与宏观物质世界的结构万有引力是宏观物质世界中的一种力，它起着维持星系、行星运动的重要作用。
根据爱因斯坦的相对论理论，万有引力是由于物质扭曲了时空，而在扭曲的时空中物体表现出来的看似吸引力的现象。
通过对万有引力的研究，科学家们发现了黑洞、引力波等重要现象，不仅深化了我们对宇宙结构的认识，也带来了许多技术和应用上的突破。
微观粒子的名称
微观粒子的名称
1.原子：由原子核和电子组成，原子核又包含着带正电荷的质子和
不带电荷的中子。
2.分子：由多个原子组成。
3.离子：由原子或分子失去或获得电子形成。
4.电子：带有负电的亚原子粒子，是构成物质的基本粒子之一。
5.质子：带有正电的亚原子粒子，也是构成物质的基本粒子之一。
6.中子：不带电的亚原子粒子，也是构成物质的基本粒子之一。
7.夸克：一种基本粒子，也是构成物质的基本单元，夸克互相结合，
形成一种复合粒子，叫强子。
8.中微子：不带电，自旋为1/2，质量非常轻，以接近光速运动。
第三章 微观粒子
第三章 微观粒子的性质与运动规律§3.1微观粒子的波粒二象性微观粒子：分子、原子、原子核和基本粒子 光 子：一种基本粒子一、光的波粒二象性光的波动性：干涉、衍射光的粒子性：黑体辐射、光电效应、康普顿散射 (一)光的粒子性 1、黑体辐射问题☆ 黑体辐射问题(研究)：辐射(电磁波)与周围物体处于平衡状态时的能量按波长(或频率)的分布。
物体对于外来的辐射有反射和吸收作用。
如果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体。
λρ辐射热平衡状态:发射出辐射能量= 吸收辐射能量实验结果→λρ~曲线形状和位置：① 只与黑体的温度有关 ② 与黑体的形状和材料无关实验曲线ρ：能量密度；T ：温度λνc=λ：波长； ν：频率； ：光速 ； c☆ 理论公式维恩(Wien )公式：()ννννρνd e c d T T c )/(312.−=←短波部分与实验相符合瑞利-金斯(Rayleigh-Jeans )公式：()ννπννρTd kT cd T 238.=←长波部分与实验符合较好 普朗克(Plank )公式：()ννννρνd ec d T Tc 11./312−=←与实验结果符合很好21c c 、为常数、k 为玻耳兹曼常数 ☆ 普朗克假设:黑体是由不同的频率的带电谐振子(作简谐振动的原子、分子)组成，这些谐振子的能量应取分立值，这些分立值都是最小能量νεh n =的整数倍，这些分立的能量称为谐振子的能级。
每个“量子”的能量 νεh n =s J h ⋅×=−34106260755.6←普朗克常数，ν←电磁波频率☆ 普朗克辐射定律 ()ννπννρνd e c h d T kT h 118./33−=T=1646kλ实验(,)T ρλ瑞利-金斯维恩ρ：辐射电磁场能量密度； ：光速； s m c /10997925.28×=K J k 023/1038.1−×=：玻耳兹曼常数； T 绝对温度① 当ν很大(短波：0→λ)时，，普朗克定律化为维恩公式：kT h kT h e e //1νν→−()ννπννρνd e ch d T kTh /338.−=； ② 当ν很小(长波：∞→λ)时，，普朗克定律化为瑞利-金斯公式： kT h e kT h /1/νν→−()ννπνννπννρkTd cd h kT c h d T 233388.==； ③ 必须把某些物理量的量子化作为自然界的基本事实来接受。
微观粒子的物理学特性研究
微观粒子的物理学特性研究随着物理学的深入，人们对于微观粒子的研究日益深入，从而深入了解了微观粒子的物理学特性。
微观粒子包括原子、分子、夸克等，它们具有不同的物理学特性。
在本文中，我们将讨论微观粒子的物理学特性研究。
1. 微观粒子的结构与性质微观粒子的结构和性质是微观物理学的核心研究对象。
在经典物理学中，粒子可以被视为质点，而在量子力学中，粒子的位置和动量都是由波函数描述的。
由于微观粒子很小，无法直接观测，因此科学家们使用各种先进的技术和仪器来研究它们的性质。
例如，通过电子探针和X射线衍射技术等手段，物理学家可以分析微观粒子的结构和成分，研究它们的物理化学性质和反应动力学。
2. 微观粒子的量子特性量子力学是研究微观粒子的特殊物理学理论。
量子力学中，粒子的位置和动量，并不是一个确定值，而是由波函数描述的。
微观粒子的一些量子特性，例如波粒二象性、相对性原理、海森堡不确定性原理、超导现象等，都是量子力学解释的重要内容。
通过量子力学的研究，人们对微观粒子的本质有了更深刻的认识。
3. 微观粒子的自旋与电荷微观粒子具有自旋和电荷。
自旋是粒子的内在自由度，可以看作是一种自旋角动量。
电荷是粒子的一个基本属性，描述了它们的电磁特性。
微观粒子的自旋和电荷决定了它们的相互作用和性质。
4. 微观粒子的互作用微观粒子之间的相互作用是微观物理学研究的重要内容。
微观粒子之间的相互作用包括电子相互作用、核相互作用、弱相互作用和强相互作用等。
通过研究微观粒子之间的相互作用，科学家们可以更好地理解物质的本质。
5. 微观粒子与物质的相互作用微观粒子与物质之间的相互作用是物质科学研究的重要内容。
微观粒子的物理学特性，例如电磁相互作用、核相互作用和化学反应等，决定了它们与物质之间的相互作用和反应。
通过研究微观粒子与物质之间的相互作用，科学家们可以更好地理解和控制物质的性质和反应动力学。
6. 微观粒子的应用微观粒子的研究不仅对物理学和化学领域有着重要的理论意义，同时也有着广泛的潜在应用。
微观粒子运动
微观粒子运动微观粒子的运动是指在微观尺度下，原子、分子等微观粒子之间相互碰撞、移动和震动的行为。
微观粒子的运动是理解物质性质和能量转化的基础，也是解释物质宏观性质和热力学规律的关键。
下面将从分子运动规律、动力学和统计物理学角度对微观粒子运动进行探讨。
一、分子运动规律分子是物质的基本组成单位，其运动对物质性质产生重要影响。
根据动力学理论，分子在运动中遵循以下几个规律：1. 粒子碰撞：分子之间会发生相互碰撞，碰撞时会交换动量和能量。
这些碰撞导致分子的速度和动能发生变化，从而影响物质的宏观性质。
2. 粒子间力的作用：分子之间存在相互作用力，如库伦力、范德华力等。
这些力使得分子在运动中相互受到引力或斥力的作用，从而导致运动轨迹发生改变。
3. 粒子的非均匀分布：在物质中，分子的分布通常是不均匀的。
不同位置处的分子数量不同，这导致了分子的运动速度和方向在不同位置上存在差异。
4. 气体分子的自由运动：在理想气体中，分子之间的相互作用可以忽略不计。
因此，气体分子可以自由地运动。
根据动力学理论，气体的压力和温度与分子的速度和碰撞有密切关系。
二、动力学分析动力学是研究物体运动的学科。
对于微观粒子的运动，通过动力学理论可以进行定量分析。
以下是几个常用的动力学分析方法：1. 动量守恒定律：碰撞过程中，分子之间的动量守恒。
根据动量守恒定律，可以计算碰撞后分子的速度和运动方向的变化。
2. 能量守恒定律：在分子碰撞过程中，能量也会守恒。
根据能量守恒定律，可以计算碰撞后分子的能量变化。
3. 统计力学：统计力学是研究大系统中微观粒子的平均行为的学科。
通过建立统计模型和采用概率方法，可以预测大量微观粒子的集体运动。
三、统计物理学角度统计物理学是研究大量微观粒子统计规律的学科。
利用统计物理学的方法，可以对微观粒子的运动进行定量分析。
1. 统计分布：根据玻尔兹曼分布和费米-狄拉克分布等统计分布模型，可以计算不同能级上的粒子数目，并分析粒子在能级上的分布情况。
第一节微观粒子的特性
戴维逊—革末实验
入射束
衍射束的方向性 衍射束
晶体
实验结果
2d sin 1.65
24
0
理论计算
p
2mE 3.9710
0
kg m s
1
h / p 1.67
汤姆逊使用了能量较大的电子，结果也得到了类似X射线 衍射的花纹，从而也证明了德布罗意波的存在。
（2）经典理论遇到的困难 a 光的波动理论认为，光波的能量决定于光波的强度，而 光波的强度与其振幅的平方成正比。所以，入射光的强度 越高，金属内的自由电子获得的能量就越大，光电子的动 能应该越大，但实验结果表明，光电子的初动能与入射光 强无关。
b 根据光的波动理论，如果入射光的频率较低，总可以用 增大振幅的方法使入射光达到足够的能量，以便使自由电 子获得足以逸出金属表面的能量。所以不应该存在入射光 的频率限制。
0 h
b 光为一束以光速c行进的粒子流。其强度取决于单位体 积内光子的数目，即光子的密度ρ
lim
N dN 0 d
c 光子不但有能量，还有质量。 d 光子有质量，就必有动量P。
m
0
c2
h c2
h c
p mc
h
e 光子与电子碰撞时服从能量守恒定律。
莱曼系： 帕邢系：
~ 1 1 ~R v （ 2 2） H 1 n2 ~ 1 1 ~R v （ ） H 2 2 3 n2 ~ 1 1 ~R v （ 2 2） H 4 n2 ~ 1 1 ~R v （ ） H 2 2 5 n2
n2 2， 3， 4， n2 4， 5， 6 n2 5， 6， 7 n2 6， 7， 8 n2 n1 1
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2
ⅰ “静止”含义是没有宏观整体（速率）的运动。 ⅱ M 0 并不是整个系统的静止质量，而是系统粒子与 热运动速率有关的相对论质量之和，但是须排除宏 观整体速率的影响。
ⅲ两个结构相同的宏观静止系统（体积相同，粒子数
相等），但其温度不同，则该两个系统的“静止质量” 2018/11/8 是不相同的。为什么?
12
②宏观静止系统内部不同温度，其各粒子的质量不同 ⅰ、内部温度近似为零， 整个系统的静止质量
M 0 m10 m20 m30 m
m为分子的原子之间或其他 分子之间的相互作用能
2018/11/8
图1 系统内部温度近似为零
13
ⅱ、内部温度大于零，整个系统的静止质量
M 0 m1 m2 m3 m
2018/11/8 3
二、热力学系统
(一)热学物质形态的基本概念
1、热学系统 2、外界 3、间壁 4、透热壁 5、绝热壁
（理想模型）
2018/11/8
大量微观粒子组成的有限宏观物质 与热力学系统相互作用的环境 包围热力学系统的一层外界物质 能使热力学系统与外界进 行热传递作用的间壁 不能使热力学系统与外界 进行热传递作用的间壁
6
2018/11/8
(三)热力学的基本原理及概念
1、热学第零定律 热平衡 → 温度
2、热学第一定律
3、热学第二定律 4、热学第三定律
能量守恒→能量转化量的系→温度
能量转化的方向问题→ 能量转化质的关系→ 熵 低温世界 → 绝对零度问题 →温度
(四)统计物理学的基本原理及概念
1、等几率原理 随机事件、必然事件、概率、 平衡态、系综… 随机变量、涨落现象…
2
2、基本的概念 和原理体系
⑴宏观描述方法——热力学 ⑵微观描述方法——统计物理学 ⑶热力学系统的平衡态 ⑷各种温标 ⑸物态方程——热力学参量 ⑹物质的微观结构——分子动理论 ⑺理想气体——温度的微观意义 ⑻范德瓦耳斯气体——分子势能
⑴分子动理论——平衡态 ⑵分子动理论——非平衡态：输运过程 ⑶热力学第零定律与温度 3、理论体系的结构 ⑷热力学第一定律与能量守恒 ⑸热力学第二定律与能量转换 熵 ⑹热力学第三定律与绝对零度 ⑺相变与液态与固态
●广延场——原则上
2018/11/8
S
g
c
2
↑ ↑ 能流密度S 动量密度g
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2、热传递、作（广义）功的定义 ⑴热传递定义:系统与外界仅仅有热运动能量的交换而产生的相互作用方式 ⑵广义功的定性定义：除热传递之外，系统与外界的一切相互作用方式 ⑶ “作功”与“功”的区别：“做功”是相互作用的一种方式；
大学物理专题讲座
第七讲 热力学的理论体系与问题讨论
主讲人
2018/11/8
冯杰
1
第七讲 热力学的理论体系与问题讨论
热学的理论体系
一、
一、热学的理论体系
1、基本的理论体系
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
2018/11/8
分子动理学理论导论 分子动理学理论的平衡态理论 输运现象与分子动理论 的非平衡态理论 热力学第一定律 热力学第二定律与熵 物态与相变
ⅲ 对有限的体系（如宏观实物的固、液、气三态）
E Mc
2
2018/11/8
M 0c 2 1 v / c
2 2
9
ⅳ 对场 ●局域场——原则上
E Mc2
M 0c 2 1 v2 / c2
← 但场的质量 难以确定
一般情况下通过场量进行计算，比如
1 1 2 We we dv D Edv E dv v v2 v2 1 1 Wm wm dv B Hdv H 2 dv v v2 v2
4
6、孤立系统
（理想模型）
忽略与外界任何相互 作用的系统 与外界只有能量交， 忽略物质交换系统 与外界既能量交换又 有物质交换系统 ⑴理想气体； ⑵范德瓦尔斯气体； ⑶实际气体； ⑷固体（晶体）； ⑸非晶体；⑹液体； ⑺等值过程……
7、封闭系统
（理想模型）
8、开放系统
9、热力学物态
2018/11/8
7
2、统计学原理
2018/11/8
三、能量、热传递和功的定义
1、能量的定义 ⑴ 定性定义：能量是各种形式运动强弱的普遍量度， 是系统状态的单值函数。能量不能创 生也不能消灭，在各种运动形式之间 能量可以转化。 ① “定义”反映了能量的本质 ——反映系统运动的强弱 ② “定义”与“热力学第一定律”一 致 ③ “定义”不违反“热力学第二定律” ——但是没有能够说明热力学第 二定律关于“热能（内能）与其 他形式能量转化的不平等”
5
(二)热运动的定义
1、第一种定义 热运动是微观粒子永不停息的无规则 运动——是微观粒子的一种运动形式
2、第二种定义
物质内部大量微观粒子无规则运动的 整体表现为宏观物质的热运动——是宏
观物质的一种运动形式
3、第二种定义 的优点
⑴热学的研究对象——(大量微观粒子 构成的)宏观物质； ⑵适合学生的认知特点——宏观物质 ——微观粒子； ⑶微观粒子的运动不仅仅只有无规则运 动，还有更复杂更高级的运动形式
而“功”是一个物理量
3、做功的定义 ⑴定性定义:系统与外界有(广义)功相互作用过程时，
系统能量变化的量度
⑵定量定义：功是广义力与广义位移的乘积，是标量
外力对质点作功 dA F dr 外力对流体作功(“体变”功 ) dA PdV 外力对表面系统作功 dA F dr 2018/11/8 外力对可逆电池作功 dA dq ←电功
2018/11/8
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⑵定量定义 ① 人为规定单位——焦耳（J） ② 人为规定定量计算式
E h m0 0
ⅰ 实物粒子能量量子化——光子 ——实物粒子 的波粒二象性 ⅱ 媒介粒子
E h m0 0
E mc2
m0c 2 1 v / c
2 2
m0 0
← 静止质量为零
⑶广义功的元功形式
机械功
11
四、热学系统内能的定义
1、内能的宏观定义 ⑴ 定性定义：内能是不考虑系统的外部能量（指系统整体的运动动
能和整体在外场中势能——系统整体的机械能）时， 系统所具有的能量，它是系统状态的单值函数。
⑵定量定义
① 内能U 的定义——系统的内能即它的“静止能量” U
E0 M 0c