高中近代物理及发展史总结

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 ①装置： ② 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90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10-14m，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，提了三个假设： ①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。 ②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 ③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mvrnhn2123、、…… n为正整数，称量数数 （3）玻尔的氢子模型： ①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：EEnrnrnnn121123、、……

其中E1、r1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：E1=－13.6ev, r1=0.53×10-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算) ②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=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。 ③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 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，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

3 2

1 ν3 ν

2

ν1 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：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。）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、μ子、K介子、π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 α射线 氦核 4 +2 0.1 最强 最弱，纸能挡住 β射线 电子 1/1840 -1 0.99 较强 较强，穿几mm铝板 γ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，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肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在

A a b c

β γ α α γ

β

⑴ ⑵ ⑶ O O点，则α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：TttNN210N表示核的个数 ，此式也

可以演变成 Tttmm210或Tttnn210，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，跟原子所处的物理、化学状态无关。 3、原子核的人工转变：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。

7142481711NHeOH

（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 （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，放出正电子

（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