① 請教高中物理競賽的原子物理學知識點(越詳細越好,不要習題)
考點65 原子核式結構 原子核
△考綱要求△
α粒子散射實驗、原子核式結構、衰變、以及原子核的人工轉變、裂變、聚變都屬於Ⅰ類要求;
核能、質量虧損、質能方程屬於Ⅱ類要求.
☆考點透視☆
1.盧瑟福的原子模型——核式結構
⑴α粒子散射實驗
①α粒子散射實驗的結果:盧瑟福在α粒子轟擊金箔的實驗中,絕大多數α粒子不偏轉;極少數發生較大偏轉;極個別的甚至反彈回來.
②α粒子散射實驗的啟示:絕大多數α粒子直線穿過,反映原子內部存在很大的空隙;少數α粒子較大偏轉,反映原子內部集中存在著對α粒子有斥力的正電荷;極個別α粒子反彈,反映個別粒子正對著質量比α粒子大很多的物體運動時,受到該物體很大的斥力作用.
⑵原子的核式結構
盧瑟福依據α粒子的散射實驗的結果,提出了原子的核式結構:在原子中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉.
2.天然放射現象
⑴元素自發地放出射線的現象叫做天然放射現象,首先由貝克勒耳發現,天然放射現象的發現,說明原子核還有內部結構.
⑵具有放射性的元素叫放射性元素.
3.衰變
⑴不穩定的原子核自發放出α粒子或β粒子後,轉變為新核的變化稱為原子核的衰變.γ射線是伴隨著α衰變或β衰變產生的,也叫γ輻射.天然放射現象就是原子核的衰變現象.
⑵三種射線的性質
種類 α射線 β射線 γ射線
組成
高速氦核流 高速電子流 光子流
(高頻電磁波)
帶電量 2e -e 0
質量 4
( =1.67× kg)
靜止質量為零
在電磁場中 偏轉 與α射線反向偏轉 不偏轉
穿透本領 最弱 較強 最強
對空氣的電離作用 很強 較弱 很弱
在空氣中的徑跡 粗、短、直 細、較長、 曲折 最長
通過膠片 感光 感光 感光
⑶半衰期:放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間.半衰期由核內部本身的因素決定,跟原子所處的物理或化學狀態無關。半衰期是大量原子核衰變時的統計規律,個別原子核經多長時間衰變無法預測。
⑷衰變規律
衰變規律 α衰變
(新核的核電荷數少2,質量數少4)
β衰變
(核電荷數加l,質量數不變,中子變質子)
半衰期T
一半原子核發生衰變需要的時間
4.原子核的人工轉變
⑴原子核的人工轉變是用高速運動的粒子轟擊原子核,產生另一種新核的方法.
⑵質子的發現.
①盧瑟福發現質子的實驗:用α粒子轟擊氮原子核.
②核反應方程:
③質子的成因:
即α粒子進入氮核,形成復核 ,復核不穩定,衰變時放出質子.
⑶中子的發現
①盧瑟福預見中子的存在,後英國物理學家查德威克發現了中子.
②核反應方程式
③中子是一種不帶電,穿透力很強的粒子,其質量與質子質量差不多.
5.原子核的組成
原子核是由質子和中子組成,質子和中子統稱核子.
注意:原子核是由質子和中子組成的,質子和中子可以相互轉化,如 ,
原子序數=核電荷數=原子核外電子數;中子數=質量數一質子數。
6.人工放射性同位素的發現
⑴1934年,居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時,發現了放射性同位素和正電子,核反應方程式為
,
⑵放射性同位素:具有放射性的同位素叫放射性同位素,如上式中的 就是磷的一種同位素,具有放射性.
⑶正電子:質量與電子相同帶一個單位正電荷的粒子,其產生的實質是質子衰變成中子時產生的,方程為
⑷放射性同位素的應用:
①利用它的射線;②作為示蹤原子.
7.核能
⑴核能
核子結合成原子核需要放出能量,這叫原子的結合能,稱為核能.
⑵質量虧損:
組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差(或者參加核反應的原子核總質量與生成新原子核的總質量之差)叫質量虧損
⑶愛因斯坦質能方程
凡具有質量的物體都具有能量,物體的質量和能量間的關系為:
若原子核質量虧損△m.對應釋放的能量為 .
說明:⑴質量虧損並不是質量損失(消失)也不是與質量守恆定律相矛盾,而是虧損的質量以能量的形式輻射出去了。
⑵在核能的計算中c的單位取國際單位制,此時若△m的單位為kg,能量的單位為J,當△m的單位為u(原子質量單位)時,記住1u相當於931.5 MeV的能量關系,然後據此進行計算。
8.重核的裂變與輕核的聚變
⑴重核的裂變
①裂變:重核分裂成兩個質量較小的原子核的核反應叫裂變.
②鏈式反應:裂變要在一定的條件下才能進行,比如鈾235核受到中子轟擊時會發生裂變,而裂變時又要放出一些中子,這些中子又可引起其它的軸235核裂變,而使裂變反應不斷進行下去,這種反應叫做鏈式反應.
③核反應堆:使原子核裂變的鏈式反應能夠有控制地持續進行的裝置,是核電站應用核能發電的核心設施.
⑵輕核的聚變
①聚變:輕核結合成質量較大的原子核的核反應稱為聚變.
②熱核反應:聚變必須在輕核間的距離十分接近,即達到10-15m時才能進行.在極高溫度下,原子核可以獲得足夠的動能克服庫侖斥力而發生聚變,這種聚變反應叫做熱核反應.
③目前已實現的人工熱核反應是氫彈的爆炸.
●難點釋疑●
1.愛因斯坦的質能方程E=mC 2指出了物體的能量E 與質量m 的密切關系,當物體的質量增加Δm時,
它的能量會相應的增加ΔE;質量減少Δm時,能量會相應的減少ΔE,關系是ΔE=Δm C 2。
2.在無光子輻射的情況下,核反應中釋放的核能轉化為新核和新粒子的動能,因而在此情況下可用動量守恆和能量守恆來解決問題。
◎命題趨勢◎
本考點介紹了在研究原子核過程中的重要實驗,如原子核的人工轉變,質子、中子的發現,重點是愛因斯坦的質能方程.前幾年高考本節難度不大,題型多為選擇和填空,但近年來高考與高科技前沿知識相結合導致本節內容難度增大,主要是通過情景的設置考查學生的閱讀理解能力及知識綜合能力.
② 原子物理的截止電壓是什麼
你說的應該是光電效應吧?
在光的照射下,從物體(一般是鹼金屬)表面激發出電子的現象,叫做光電效應。
光電子是有動能的,大小不盡相同。
愛因斯坦的光電方程是:光電子的最大初動能 E=hv-w
因為光電子有動能,所以想阻止它到達陽極,就得加上反向電壓。
將所有的光電子都阻止,尤其是將初動能最大的截止住,所需要的電壓,就叫做截止電壓。
③ 原子物理學是什麼
現代原子物理學的基本理論主要是由德布羅意、海森伯、薛定諤、狄里克萊等所創建的量子力學和量子電動力學。它們與經典力學和經典電動力學的主要區別是:物理量所能取的數值是不連續的;它們所反映的規律不是確定性的規律,而是統計規律。
應用量子力學和量子電動力學研究原子結構、原子光譜、原子發射、吸收、散射光的過程,以及電子、光子和電磁場的相互作用和相互轉化過程非常成功,理論結果同最精密的實驗結果相符合。
微觀客體的一個基本性質是波粒二象性。粒子和波是人在宏觀世界的實踐中形成的概念,它們各自描述了迥然不同的客體。但從宏觀世界實踐中形成的概念未必恰巧適合於描述微觀世界的現象。
現在看來,需要粒子和波動兩種概念互相補充,才能全面地反映微觀客體在各種不同的條件下所表現的性質。這一基本特點的另一種表現方式是海森伯的測不準原理:不可能同時測准一個粒子的位置和動量,位置測得愈准,動量必然測得愈不準;動量測得愈准,位置必須測得愈不準。
量子力學和量子電動力學產生於原子物理學的研究,但是它們起作用的范圍遠遠超出了原子物理學。量子力學是所有微觀、低速現象所遵循的規律,因此不僅應用於原子物理學,也應用於分子物理學、原子核物理學以及宏觀物體的微觀結構的研究。量子電動力學則是所有微觀電磁現象所必須遵循的規律。直到現在,還沒有發現量子電動力學的局限性。
④ 高中物理題求解
一般情況下,各種物質的原子可以認為處於基態,即最外層電子處於最低能量狀態。
當照射光的光子能量小於原子的電離能時,只有能量等於原子兩個能級的能量差的光子才會被吸收。
當光子的能量大於原子的電離能時,光子會被吸收,光子的能量有一部分提供給最外層電子克服原子核引力電離(數值等於原子的電離能),剩餘的能量轉化為剛電離出來的電子的初動能(想想光電效應)。
⑤ 夫蘭克-赫茲實驗第一峰值所對應的電壓是否等於第一激發電平,原因是什麼
不等於,一開始的UG2增加是為了給電子克服減速電壓(拒斥電壓),此時電子能到達極板P,開始產生電流,然後繼續增加UG2,電流IP增加,當UG2達到克服減速電壓所要電壓與第一激發電位之和時,電子和氬原子發生彈性碰撞,從而電流IP下降,所以兩者關系應是第一峰對應的電壓>氬原子第一及激發電位。
1914年,弗蘭克(James Franck,1882~1964)和赫茲(Gustar Hertz,1887~1975)在研究中發現電子與原子發生非彈性碰撞時能量的轉移是量子化的,他們的精確測定表明,電子與汞原子碰撞時,電子損失的能量嚴格地保持4.9eV,即汞原子只接收4.9eV的能量。
這個事實直接證明了汞原子具有玻爾所設想的那種「完全確定的、互相分立的能量狀態」,是對玻爾的原子量子化模型的第一個決定性的證據,由於他們的工作對原子物理學的發展起了重要作用,曾共同獲得1925年的物理學諾貝爾獎。
⑥ 在夫蘭克-赫茲實驗中,斥電壓在實驗中的作用是什麼
1、 就是個篩選的作用,挑選能量較大的電子。,如果電子能量較大,就能克服拒斥電壓的作用而到達屏極,形成屏極電流I並為電流計所指示,,否則就到不了屏極。
2、1914年,弗蘭克(James Franck,1882~1964)和赫茲(Gustar Hertz,1887~1975)在研究中發現電子與原子發生非彈性碰撞時能量的轉移是量子化的。他們的精確測定表明,電子與汞原子碰撞時,電子損失的能量嚴格地保持4.9eV,即汞原子只接收4.9eV的能量。
這個事實直接證明了汞原子具有玻爾所設想的那種「完全確定的、互相分立的能量狀態」,是對玻爾的原子量子化模型的第一個決定性的證據。由於他們的工作對原子物理學的發展起了重要作用,曾共同獲得1925年的物理學諾貝爾獎[1] 。
在本實驗中可觀測到電子與汞蒸汽原子碰撞時的能量轉移的量子化現象,測量汞原子的第一激發電位,從而加深對原子能級概念的理解。
弗蘭克-赫茲實驗為能級的存在提供了直接的證據,對玻爾的原子理論是一個有力支持。弗蘭克擅長低壓氣體放電的實驗研究。1913 年他和G.赫茲在柏林大學合作,研究電離電勢和量子理論的關系,用的方法是勒納德(P.Lenard )創造的反向電壓法,由此他們得到了一系列氣體,例如氦、氖、氫和氧的電離電勢。後來他們又特地研究了電子和惰性氣體的碰撞特性。
⑦ 高三物理光電管原理的一點點不解之處,望指教,感謝!
其實你把光子理解成了一般的粒子了,以你現在的基礎完全可以把光子子理解成一個個的的能量包,這個能量包是由頻率決定的,當物體的原子接收到這個能量包時,如果滿啼一定條件,外圍電子就會跳到高的能級,動能變大,甚至跑到物理體外面,當然這時方向是隨機的,但請注意,電子一旦離開了物體,馬上被進入AK之間的電場,電子在電場的作用下加速往A方向運動,
還有就是,物體背對光的一面的原子基本沒有電子發射。道理很明顯,獲得能量包的原子當然是面對光的表面那些。
⑧ 從微觀物理上講電壓是什麼
從微觀物理上講電壓,首先我們要知道什麼是電壓,然後再分析電流、電阻、電壓之間的關系,
為何凡是有電流就會有磁場,我們可以從側面分析磁場與電壓關系,最後再分析電磁波與光子的微觀聯系。
現我們知道電壓越大,電流不一定越大;只有一種情況,電壓越大磁場越大,磁場大小與電阻及電流方向沒有任何關系,你悟到什麼?更關鍵的是電壓的增大是有極限的,世界上不可能有幾萬億伏的電壓!為什麼?我在QQ「宇宙的燈塔」空間里看見了光明,他分析很具體。任何磁場都是物質的,磁場越大則角動量不同軌道的動能越大,由於速度的極限性,因此說單個的基本粒子的能量是有極限性的,這也說明微觀亞原子軌道是距離的,按照「穿越時空」的理論,電壓最大值是10的12次方。電磁波群若做圓周運動,則電磁波群可以形成磁場,這是「穿越時空」的理論,「穿越時空」就是曾小伶的代號。光子就是最小不可分割的基本粒子,「磁場」被打碎以後,就是光子,這就是最為微觀的理論,更多理論這里不再說了,祝你進步。
⑨ 高中物理氫原子理論中,量子數n增大,那麼半徑,能量,電勢能,速度會怎麼變化
在高中物理的氫原子理論中,引入了量子化理論(軌道不連續,能量不連續等,出現了量子數n),但仍然保留比較多的經典理論,所以在分析時用到了圓周運動的向心力公式、庫侖定律等。
因篇幅原因,下面只簡單提示性分析。
氫原子能級公式 En=-13.6/n^2 eV(取無窮遠處電勢能為零)。En是氫原子總能量。
在基態,n=1,電子軌道半徑 r1最小。在電離態,n→∞。
在其他激發態,軌道半徑 r n=n^2 *r1。
庫侖定律與向心力公式的應用關系:
K*e^2 /r^2=m*V^2 /r ,式中e是電子電量,m是電子質量,r是軌道半徑,V是相應軌道處電子的速率。
結論:n越大 ,軌道半徑越大,氫原子能量越大,電勢能越大,電子速率越小。
⑩ 物理的分電壓 分電流作用是什麼,怎麼用 有例子更好
分電壓:如果電源提供的電壓是220V,而手頭只而額定電壓為22V的小燈泡的話,如果直接接在電源上,電壓過高一定會燒壞,此時我們就得想辦法串聯進一個東西,因為只有串聯的方式才能把大電壓給分掉一些,使燈泡兩端的電壓降下來.例如我們可以讓10個這樣的小燈泡串聯,每個正好分22v的電壓,都可以正常工作,或者串聯一個合適的電阻,讓它來分掉200V的電壓,使燈泡可以正常工作.總之它是把電源提供的不變的大電壓進行分壓,必須串聯才能實現.打個比方:你有一瓶水,如果分給人越多,每個人分到的就越少,但請注意誰分的多少取決於誰的電阻大小,電阻大的,分的越多.
分電流:並聯分電流卻不同.打比方:兩個人各帶一瓶水,放在一起喝,就有兩瓶,這時來了第三個人他只帶了半瓶水 ,現在三個人的水放在一起是兩瓶半,也就是說總的水量是由各自帶來的水量加在一起的結果.再分的時候,因為各自的電壓都等於電源電壓,各自的電阻也沒變,所以分的時候原來自己的電流是多大還是多大,不受新成員的影響,即各自的電流沒變化.當然各自的電流與自自的電阻成反比.即電阻越大,電流越小.