高中物理近代物理知识点详解和练习

近代物理

构

氢原子能级公式 天然衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变 2

1

n E E n = α衰变 质子、中子 核反应堆 热核反应

12r n r n = β衰变 的发现

一、知识网络

半衰期核能

表示放射性元素△E=△mc2

衰变的快慢

二、画龙点睛

概念

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、α粒子散射实验和原子核结构模型

（1）α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α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

b. 有少数α粒子发生较大角度的偏转

c. 有极少数α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α粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使α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α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α粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，α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α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/2π的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即

mvr n h

n

==

2123

π

、、……

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E n，和

电子轨道半径r n分别为：E E n

r n r n

n n =

=

⎫

⎬

⎪

⎭⎪

=

1

2

1

123

、、……

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。

例题： 用光子能量为E 的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①h ν1；②h ν3；③h (ν1+ν2)；④h (ν1+ν2+ν3) 以上表示式中

A.只有①③正确

B.只有②正确

C.只有②③正确

D.只有④正确 解析：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于第三能级。根据玻尔理论

应该有h ν3=E 3- E 1，h ν1=E 3- E 2，h ν2=E 2- E 1，可见h ν3= h ν1+ h ν2= h (ν

1+ν2)，所以照射光子能量可以表示为②或③，答案选

C 。

例题：氢原子处于基态时能量为E e 1136=-.v ，电子的质量为m ，电量为－e ，试回答下列问题：

（1）用氢原子从n =3的能量状态跃迁到n =2的能量状态时所辐射

的光去照射逸出功是301019.⨯-J 的Cs 金属，能否发生光电效应？ （2）氢原子处于n =5时，核外电子速度多大？

（3）氢原子吸收波长为06107.⨯-m 的紫外线而电离，使电子从基

态飞到离核无限远处，设原子核静止，则电子飞到离核无限远处后，还具有多大的动能？