原子物理复习课件.ppt

1、原子物理知识点梳理 光电效应光电效应1.1.光电效应现象：照射到金属表面的光光电效应现象：照射到金属表面的光,能使金属中的能使金属中的_从表面从表面逸出的现象。逸出的现象。2.2.光电子：光电子：_中发射出来的电子。中发射出来的电子。电子电子光电效应光电效应3.3.研究光电效应的电路图：研究光电效应的电路图：其中其中A A是是_,K_,K是是_。阳极阳极阴极阴极4.4.光电效应的四个规律：光电效应的四个规律：(1)(1)每种金属都有一个极限频率每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须入射光的频率必须_截止频率或截止频率或极限频率才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。极限频率才能产

2、生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。(2)(2)光电子的最大初动能与入射光的光电子的最大初动能与入射光的_无关无关,只随入射光频率的增只随入射光频率的增大而大而_。(3)(3)光电效应的发生光电效应的发生_的的,一般不超过一般不超过1010-9-9s s。(4)(4)当入射光的频率大于极限频率时当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的强度与入射光的饱和光电流的强度与入射光的强度成强度成_。大于大于强度强度增大增大几乎是瞬时几乎是瞬时正比正比 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程kEWhv01.爱因斯坦的光子说2.遏止电压 3.截止频率（极限频率）光电效应的图像分析光电效应的图像分

3、析图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接(间接间接)得到的物理量得到的物理量最大初动能最大初动能E Ek k与入射光频率与入射光频率的关系图线的关系图线极限频率：图线与极限频率：图线与轴交轴交点的横坐标点的横坐标c c逸出功：图线与逸出功：图线与E Ek k轴交点轴交点的纵坐标的值的纵坐标的值W W0 0=|-E|=E=|-E|=E普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率k=hk=h图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接(间接间接)得到的物理量得到的物理量颜色相同、强颜色相同、强度不同的光度不同的光,光光电流与电压的电流与电压的关系关系遏止电压遏止电压U Uc

4、c：图线与横轴：图线与横轴的交点的交点饱和光电流饱和光电流I Im m：电流的最：电流的最大值大值最大初动能：最大初动能：E Ekmkm=eU=eUc c颜色不同时颜色不同时,光光电流与电压的电流与电压的关系关系遏止电压遏止电压U Uc1c1、U Uc2c2饱和光电流饱和光电流最大初动能最大初动能E Ek1k1=eU=eUc1c1,E,Ek2k2=eU=eUc2c2图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接(间接间接)得到的物理量得到的物理量遏止电压遏止电压U Uc c与与入射光频率入射光频率的关系图线的关系图线截止频率截止频率c c：图线与横：图线与横轴的交点轴的交点遏止电压遏止电

5、压U Uc c：随入射光频：随入射光频率的增大而增大率的增大而增大普朗克常量普朗克常量h h：等于图线：等于图线的斜率与电子电量的乘积的斜率与电子电量的乘积,即即h=keh=ke。(注：此时两极之注：此时两极之间接反向电压间接反向电压)原子结构原子结构1.1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了发现了_,_,提出了原子的提出了原子的“枣糕模型枣糕模型”。2.2.原子的核式结构：原子的核式结构：(1)1909(1)190919111911年年,英籍物理学家英籍物理学家_进行了进行了粒子散射实验粒子散射实验,提提出了核式结构模型。出了核

6、式结构模型。电子电子卢瑟福卢瑟福(2)(2)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子散射实验的结果：绝大多数粒粒子穿过金箔后子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进基本上仍沿原来的方向前进,但有但有_粒子发生了大角度偏转粒子发生了大角度偏转,偏转的偏转的角度甚至大于角度甚至大于9090,也就是说它们几乎被也就是说它们几乎被“撞了回来撞了回来”,如图所示。如图所示。(3)(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积_,_,但几乎但几乎占有全部占有全部_,_,电子在正电体的外面运动。电子在正电体的外面运动。少数少数很小很小质量质量 氢原子的能级结构、能级公式氢原

7、子的能级结构、能级公式1.1.玻尔理论：玻尔理论：(1)(1)定态：原子只能处于一系列定态：原子只能处于一系列_的能量状态中的能量状态中,在这些能量状在这些能量状态中原子是态中原子是_的的,电子虽然绕核运动电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。但并不向外辐射能量。(2)(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为会放出能量为hh的光子的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定决定,即即hh=_=_。(h(h是普朗克常量是普朗克常量,h=6.63,h=6.631010

8、-34-34J Js)s)不连续不连续稳定稳定E Em m-E-En n(3)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是对应。原子的定态是_,_,因此电子的可能轨道也是因此电子的可能轨道也是_。不连续的不连续的不连续的不连续的2.2.几个概念：几个概念：(1)(1)能级：在玻尔理论中能级：在玻尔理论中,原子的能量是量子化的原子的能量是量子化的,这些量子化的能这些量子化的能量值量值,叫作能级。叫作能级。(2)(2)基态：原子能量基态：原子能量_的状态。的状态。(3)(3)激发态：在原子能量状态中除基态之

9、外的其他的状态。激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。(4)(4)量子数：原子的状态是不连续的量子数：原子的状态是不连续的,用于表示原子状态的用于表示原子状态的_。最低最低正整数正整数3.3.氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：E En n=_(n=1,2,3,=_(n=1,2,3,),),其中其中E E1 1为基态能量为基态能量,其数值其数值为为E E1 1=_=_。4.4.氢原子的半径公式：氢原子的半径公式：r rn n=_(n=1,2,3,=_(n=1,2,3,),),其中其中r r1 1为基态半径为基态半径,又称玻尔半径又称玻尔半径,其数值为其数值为r r1 1=0.53=0

10、.531010-10-10m m。121En-13.6eV-13.6eVn n2 2r r1 15.5.氢原子的能级图：氢原子的能级图：能级图如图所示。能级图如图所示。对原子跃迁条件对原子跃迁条件h=Eh=Em m-E-En n的说明：的说明：(1)(1)原子跃迁条件原子跃迁条件h=Eh=Em m-E-En n只适用于光子和原子作用而使原子在各只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。定态之间跃迁的情况。(2)(2)当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6eV13.6eV时时,也可以被处于基态的氢原子也可以被处于基态的氢原子吸收吸收,使氢原子电离使氢原子电离;当处于基态的氢

11、原子吸收的光子能量大于当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV13.6 eV时时,氢原子电离后氢原子电离后,电子具有一定的初动能。电子具有一定的初动能。(3)(3)原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而被激发。由的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值量大于或等于两能级的能量差值(E=E(E=Em m-E-En n),),均可使原子发生能级跃迁。均可使原子发生能级跃迁。跃迁中两个易混问题：跃迁中两个易混问题：(1)(

12、1)一群原子和一个原子一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子：氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间内在某段时间内,由某一轨道跃迁到由某一轨道跃迁到另一个轨道时另一个轨道时,可能的情况只有一种可能的情况只有一种,但是如果容器中盛有大量的氢原但是如果容器中盛有大量的氢原子子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。例：一个（或一群）处于例：一个（或一群）处于n=4n=4的激发态氢原子，向低能级跃迁，最的激发态氢原子，向低能级跃迁，最多可发射谱线为多可发射谱

13、线为3 3（6 6）(2)(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时态时,有时可能是直接跃迁有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收或吸收)光子的能量光子的能量等于间接跃迁时辐射等于间接跃迁时辐射(或吸收或吸收)的所有光子的能量和。的所有光子的能量和。电子动能变化规律（电子动能变化规律（类比天体模型类比天体模型）。）。从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力从公式上判断

14、电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力,即即 ,所以所以E Eknkn=,=,随随r r增大而减小。增大而减小。从库仑力做功上判断从库仑力做功上判断,当轨道半径增大时当轨道半径增大时,库仑引力做负功库仑引力做负功,故电子故电子动能减小。反之动能减小。反之,当轨道半径减小时当轨道半径减小时,库仑引力做正功库仑引力做正功,故电子的动能故电子的动能增大。增大。222evkmrr2nke2r原子的电势能的变化规律。原子的电势能的变化规律。通过库仑力做功判断通过库仑力做功判断,当轨道半径增大时当轨道半径增大时,库仑引力做负功库仑引力做负功,原子的原子的电势能增大。反之电势能增大。反之,当轨道半径减小时当轨

15、道半径减小时,库仑引力做正功库仑引力做正功,原子的电势原子的电势能减小。能减小。当轨道半径增大时当轨道半径增大时,原子能量增大原子能量增大,电子动能减小电子动能减小,故原子的电势能故原子的电势能增大。反之增大。反之,当轨道半径减小时当轨道半径减小时,原子能量减小原子能量减小,电子动能增大电子动能增大,故原子故原子的电势能减小。的电势能减小。原子核的组成、放射性放射性同位素原子核的组成、放射性放射性同位素 射线的危害和防护射线的危害和防护1.1.天然放射现象：放射性元素自发地发出天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象射线的现象,首先由贝可首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现勒尔发现。天然

16、放射现象的发现,说明说明_具有复杂的结构。具有复杂的结构。2.2.放射性：物质发射射线的性质叫放射性：物质发射射线的性质叫_。原子核原子核放射性放射性3.3.放射性元素：具有放射性的元素叫放射性元素：具有放射性的元素叫_元素。原子序数大于元素。原子序数大于8383的所有元素，都有放射性；小于等于的所有元素，都有放射性；小于等于8383的有的也有放射性。的有的也有放射性。4.4.三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种,分别是分别是射线、射线、射线、射线、射线。射线。放射性放射性5.5.三种射线的比较：三种射线的比较：名称名称项目项目射线射线射线射线射线射

17、线组成组成高速氦核流高速氦核流_光子流光子流(高频电高频电磁波磁波)带电量带电量_-e-e0 0质量质量4m4mp p 静止质量为零静止质量为零符号符号_ pm1 83642He01e高速电子流高速电子流2e2e名称名称项目项目射线射线射线射线射线射线速度速度可达可达0.1c0.1c可达可达0.99c0.99c_垂直进入电场或磁垂直进入电场或磁场的偏转情况场的偏转情况偏转偏转偏转偏转_贯穿本领贯穿本领最弱最弱较强较强_对空气的对空气的电离作用电离作用很强很强较弱较弱_c c不偏转不偏转最强最强很弱很弱6.6.原子核的组成：原子核的组成：(1)(1)原子核由质子和中子组成原子核由质子和中子组成,

18、质子和中子统称为质子和中子统称为_。质子带正电。质子带正电,中子不带电。中子不带电。(2)(2)基本关系。基本关系。核电荷数核电荷数=质子数质子数(Z)=(Z)=元素的原子序数元素的原子序数=_=_。质量数质量数(A)=_=(A)=_=质子数质子数+中子数。中子数。(3)X(3)X元素的原子核的符号为元素的原子核的符号为 其中其中A A表示表示_,Z_,Z表示核电荷数。表示核电荷数。AZX，核子核子核外电子数核外电子数核子数核子数质量数质量数7.7.放射性同位素的应用与防护：放射性同位素的应用与防护：(1)(1)同位素：具有相同同位素：具有相同_和不同中子数的原子核。和不同中子数的原子核。(2

19、)(2)放射性同位素：有放射性同位素：有_放射性同位素和放射性同位素和_放射性同位素两类放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。放射性同位素的化学性质相同。(3)(3)应用：消除静电、工业探伤、作应用：消除静电、工业探伤、作_等。等。(4)(4)防护：防止放射性对人体组织的伤害。防护：防止放射性对人体组织的伤害。质子数质子数天然天然人工人工示踪原子示踪原子 原子核的衰变、半衰期原子核的衰变、半衰期1.1.原子核的衰变：原子核的衰变：(1)(1)原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子粒子,变成另一种变成另一种_的变化称为的变化称为原原子核的衰变。子核的衰变。原子核原子核(2)(2)分类。分类

20、。衰变衰变 衰变衰变 辐射：当放射性物质连续发生衰变时辐射：当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生原子核中有的发生衰变衰变,有的发生有的发生衰变衰变,同时伴随着同时伴随着辐射。辐射。AA 4ZZ 2XY_42HeAAZZ 1XY_01e(3)(3)两个典型的衰变方程。两个典型的衰变方程。衰变：衰变：衰变：衰变：238234492902UThHe;234234090911ThPae。衰变类型衰变类型衰变衰变衰变衰变匀强磁场中轨迹匀强磁场中轨迹形状形状衰变规律衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.2.半衰期：半衰期：(1)(1)定义：放射性元素的原子核有

21、定义：放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间。发生衰变所需的时间。(2)(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核_自身的因素决定自身的因素决定的的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。半数半数内部内部(3)(3)半衰期的计算：根据半衰期的概念半衰期的计算：根据半衰期的概念,可总结出公式可总结出公式N N余余=N=N原原()()t/t/,m m余余=m=m原原()()t/t/。式中。式中N N原原、m m原原表示衰变前的放射性元素的原子数和质表示衰变前的放射性元素的原子数和质量量,N,N余余、m m余余表示衰变后尚

22、未发生衰变的放射性元素的原子数和质量表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t t表示衰变时间表示衰变时间,表示半衰期。表示半衰期。1212(4)(4)半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一同一放射性元素具有的衰变速率一定放射性元素具有的衰变速率一定,不同的放射性元素半衰期不同不同的放射性元素半衰期不同,有的有的差别很大。差别很大。(5)(5)适用条件：半衰期是一个统计规律适用条件：半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规律的是对大量的原子核衰变规律的总结总结,对于一个特定的原子核对于一个特定的原子核,无法确

23、定何时发生衰变。无法确定何时发生衰变。质能方程、质量亏损：质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E=_,E=_,原子核的质量必然比组成它的核子的质量原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小和要小mm,这就是质量亏损。由质量亏损可求这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能出释放的核能E=_E=_。mcmc2 2mcmc2 2 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1.1.重核裂变：重核裂变：(1)(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。

24、量数较小的原子核的过程。(2)(2)特点。特点。裂变过程中能够放出巨大的能量裂变过程中能够放出巨大的能量;裂变的同时能够放出裂变的同时能够放出2 23(3(或更多或更多)个中子个中子;裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式形式,但三分裂和四分裂概率比较小。但三分裂和四分裂概率比较小。(3)(3)典型的裂变反应方程：典型的裂变反应方程：(4)(4)链式反应：由重核裂变产生链式反应：由重核裂变产生的的_使裂变反应一代接一代继续使裂变反应一代接一代继续下去的过程。下去的过程。(5)(5)临界体积和临界质量：裂变物质能够

25、发生临界体积和临界质量：裂变物质能够发生_的最小体积的最小体积及其相应的质量。及其相应的质量。(6)(6)裂变的应用：裂变的应用：_、核反应堆。、核反应堆。(7)(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、反应堆构造：核燃料、减速剂、_、防护层。、防护层。235189144192036560UnKrBa3 n。中子中子链式反应链式反应原子弹原子弹镉棒镉棒2 2.轻核聚变：轻核聚变：(1)(1)定义：两轻核结合成定义：两轻核结合成_的核的反应过程。轻核聚变反应的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行必须在高温下进行,因此又叫因此又叫_。(2)(2)特点。特点。聚变过程放出大量的能量聚变过程放出大量的能

26、量,平均每个核子放出的能量平均每个核子放出的能量,比裂变反应比裂变反应中每个核子放出的能量大中每个核子放出的能量大3 3至至4 4倍。倍。聚变反应比裂变反应更剧烈。聚变反应比裂变反应更剧烈。质量较大质量较大热核反应热核反应对环境污染较少。对环境污染较少。自然界中聚变反应原料丰富。自然界中聚变反应原料丰富。(3)(3)典型的聚变反应方程：典型的聚变反应方程：3.3.人工转变：人工转变：(1)(1)卢瑟福发现质子：卢瑟福发现质子：(2)(2)查德威克发现中子：查德威克发现中子：23411120HHHen17.6 MeV14417728NHeO_。11H9412426BeHeC_。10n类型类型可控

27、性可控性核反应方程典例核反应方程典例重核裂变重核裂变比较容易比较容易进行人工进行人工控制控制 轻核聚变轻核聚变目前无法目前无法控制控制 235114489192056360UnBaKr3 n235113690192054380UnXeSr10 n23411120HHHen类型类型可控性可控性核反应方程典例核反应方程典例人工转变人工转变人工人工控制控制 (卢瑟福发现质子卢瑟福发现质子)(查德威克发现中子查德威克发现中子)(约里奥约里奥居里夫妇居里夫妇发现放射发现放射性同位素性同位素及正电子及正电子)1441717281NHeOH491212460HeBeCn274301132150AlHePn3

28、030015141PSie1.1.核反应过程一般都是不可逆的核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头所以核反应方程只能用单向箭头“”连接并表示反应方向连接并表示反应方向,不能用等号连接。不能用等号连接。2.2.核反应的生成物一定要以实验为基础核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。律杜撰出生成物来写核反应方程。3.3.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。总质量一般会发生变化。4.4.核反应遵循电荷数守恒。核反应遵循电荷数守恒。