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 21n 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-E1③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 hn==2123π、、……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 nr n r nn n ==⎫⎬⎪⎭⎪=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。

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 (ν1+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？解析：（1）氢原子从n =3跃迁到n =2能量状态放出能量 E E E E e JE E J=-=-⎛⎝ ⎫⎭⎪==⨯>⨯--32221191913122864576103010...v 大于铯金属逸出功，即∴能发生光电效应（2） R n r r 521215==而库仑力为向心力，即k e r mv r v e k mr 2522515=∴=（3）根据能量守恒，光子的能量hcλ一部分用于使氢原子电离，余下的为飞出后电子的动能，即：hcE E mv mv hc E J λλ=-+∴=+=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯∞-----122138713131212662103100610136********.....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O点，则α必打在O点下方。

⑴⑵⑶例题：如图所示，铅盒A小孔中水平向右射出，磁场，则下列说法中正确的有A.打在图中a 、b 、c 三点的依次是α射线、γ射线和β射线B.α射线和β射线的轨迹是抛物线C.α射线和β射线的轨迹是圆弧D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b解析：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。

由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动（如果一个打在b ，则另一个必然打在b 点下方。

）本题选AC 。

例题： 如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。

假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm 厚的铝板，那么是三种射线中的____射线对控制厚度起主要作用。

当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调___一些。