原子知识点

1一波粒二象性一量子理论的建立黑体和黑体辐射量子理论的建立年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍这个不可再分的能量值叫做能量子为普朗克常数黑体如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射这种物体就是绝对黑体简称黑体黑体辐射黑体辐射的规律为温度越高各种波长的辐射强度都增加同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象二光电效应光子说光电效应方程光电效应表明光子具有能量光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步但是它并不能解释光电效应的现象在光包括不可见光的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应发射出来的电子叫光电子实验图在课本光电效应的研究结果新教材存在饱和电流这表明入射光越强单位时间内发射的光电子数越多存在遏止电压截止频率光电子的能量与入射光的频率有关而与入射光的强弱无关当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应效应具有瞬时性光电子的发射几乎是瞬时的一般不超过老教材任何一种金属都有一个极限频率入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应低于这个频率的光不能产生光电效应光电子的最大初动能与入射光的强度无关只随着入射光频率的增大而增大入射光照到金属上时光电子的发射几乎是瞬时的一般不超过当入射光的频率大于极限频率时光电流的强度与入射光的强度成正比2光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱金属作为阴极与电源负极相连是因为碱金属有较小的逸出功光子说光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的频率为的光的能量子为这些能量子被成为光子光电效应方程掌握图象的物理意义同时截止是光电子的最大初动能是逸出功即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功三康普顿效应表明光子具有动量年康普顿美在研究石墨对射线的散射时发现光子在介质中和物质微粒相互作用可以使光的传播方向发生改变这种现象叫光的散射在光的散射过程中有些散射光的波长比入射光的波长略大这种现象叫康普顿效应光子的动量四光的波粒二象性物质波概率波不确定关系光的波粒二象性干涉衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子由于光既有波动性又有粒子性只能认为光具有波粒二象性但不可把光当成宏观观念中的波也不可把光当成宏观观念中的粒子少量的光子表现出粒子性大量光子运动表现为波动性光在传播时显示波动性与物质发生作用时往往显示粒子性频率小波长大的波动性显着频率大波长小的粒子性显着电子干涉条纹对概率波的验证光子的能量光子的动量表示式也可以看出光的波动性和粒子性并不矛盾表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长由以上两式和波速公式还可以得出物质波年德布罗意法提出实物粒子和光子一样具有波动性任何一个运动着的物体都有一种与之对应的波波长这种波叫物质波也叫德布罗意波电子的衍射图样电子显微镜的分辨率为何远远高于光学显微镜概率波从光子的概念上看光波是一种概率波不确定关系表示粒子位置的不确定量表示粒子在方向上的动量的不确定量为何粒子位置的不确定量越小粒子动量的不确定量越大用单缝衍射进行解释图3二原子结构一原子核式模型机构年汤姆生英发现了电子提出原子的枣糕模型揭开了研究原子结构的序幕谁发现了阴极射线年起英国物理学家卢瑟福做了粒子轰击金箔的实验即粒子散射实验实验装置见必修本得到出乎意料的结果绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数粒子却发生了较大的偏转并且有极少数粒子偏转角超过了有的甚至被弹回偏转角几乎达到图卢瑟福在年提出原子的核式结构学说在原子的中心有一个很小的核叫做原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外空间里绕着核旋转按照这个学说可很好地解释粒子散射实验结果粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小数量级为和原子核的正电荷数原子序数核电荷数质子数核外电子数二氢原子的光谱光谱的种类发射光谱物质发光直接产生的光谱炽热的固体液体及高温高压气体发光产生连续光谱稀薄气体发光产生线状谱不同元素的线状谱线不同又称特征谱线吸收光谱连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱元素能发射出何种频率的光就相应能吸收何种频率的光因此吸收光谱也可作元素的特征谱线氢原子的光谱是线状的这些亮线称为原子的特征谱线即辐射波长是分立的基尔霍夫开创了光谱分析的方法利用元素的特征谱线线状谱或吸收光谱鉴别物质的分析方法三原子的能级卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾矛盾为原子是不稳定的原子光谱是连续谱年玻尔丹麦在其基础上把普朗克的量子理论运用到原子系统上提出玻尔理论玻尔理论的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绕核运动但并不向外辐射能量这些状态叫做定态氢原子的各个定态的能量值叫做它的能级原子处于最低能级时电子在离核最近的轨道上运动这种定态叫做基态原子处于较高能级时电子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态4原子从一种定态设能量为跃迁到另一种定态设能量为时它辐射或吸收一定频率的光子光子的能量由这两种定态的能量差决定即能级图见第页原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的因此电子的可能轨道的分布也是不连续的玻尔计算公式分别代表第一条即离核最近的可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量选定离核无限远处的电势能为零电子从离核无限远处移到任一轨道上都是电场力做正功电势能减少所以在任一轨道上电子的电势能都是负值而且离核越近电势能越小从高能级向低能级跃迁时放出光子从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子也可能是由于碰撞用加热的方法使分子热运动加剧分子间的相互碰撞可以传递能量原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子一群氢原子处于量子数为的激发态时可能辐射出的光谱线条数为玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念提出了能级和跃迁的概念能解释气体导电时发光的机理氢原子的线状谱局限之处在于它过多地保留了经典理论经典粒子轨道等无法解释复杂原子的光谱现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述光谱测量发现原子光谱是线状谱和夫兰克赫兹实验证实了原子能量的量子化即原子中分立能级的存在三原子核一原子核的组成年卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核核反应方程卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子即中子查德威克经过研究证明用天射线轰击铍时会产生一种看不见的贯穿能力很强厘米的铅板的不带电粒子用其轰击石蜡时竟能从石蜡中打出质子此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子核反应方程质子和中子统称核子原子核的电荷数等于其质子数原子核的质量数等于其质子数与中子数的和具有相同质子数的原子属于同一种元素具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素5天然放射现象人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律是从天然放射现象开始的年贝克勒耳发现放射性在他的建议下玛丽居里和皮埃尔居里经过研究发现了新元素钋和镭用磁场来研究放射线的性质图见第页射线带正电偏转较小粒子就是氦原子核贯穿本领很小电离作用很强使底片感光作用很强射线带负电偏转较大是高速电子流贯穿本领很强几毫米的铝板电离作用较弱射线中电中性的无偏转是波长极短的电磁波贯穿本领最强几厘米的铅板电离作用很小二原子核的衰变半衰期原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变在衰变中电荷数和质量数都是守恒的注意质量并不守恒射线是伴随射线或射线产生的没有单独的衰变衰变原子核处于较高能级辐射光子后跃迁到低能级衰变举例衰变举例半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定与原子所处的物理状态或化学状态无关它是对大量原子的统计规律三放射性的应用与防护放射性同位素放射性同位素的应用利用它的射线贯穿本领电离作用物理和化学效应做示踪原子放射性同位素的防护过量的射线对人体组织有破坏作用这些破坏往往是对细胞核的破坏因此在使用放射性同位素时必须注意人身安全同时要放射性物质对空气水源等的破坏四核力与结合能质量亏损由于核子间存在着强大的核力核子之间的引力特点核力与核子是否带电无关短程力其作用范围为只有相邻的核子间才发生作用所以核子结合成原子核例或原子核分解为核子例时都伴随着巨大的能量变化核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能亦称核能我们把核子结合生成原子核所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些这种现象叫做质量亏损爱因斯坦在相对论中得出物体的质量和能量间的关系式就是着名的质能联系方程简称质能方程相当于此结论在计算中可直接应用五原子核的人工转变6原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程称为核反应原子核的人工转变在核反应中电荷数和质量数都是守恒的举例如粒子轰击氮原子核发现质子年约里奥居里和伊丽芙居里夫妇在用粒子轰击铝箔时除探测到预料中的中子外还探测到了正电子核反应方程这是第一次用人工方法得到放射性同位素六重核的裂变轻核的聚变凡是释放核能的核反应都有质量亏损核子组成不同的原子核时平均每个核子的质量亏损是不同的所以各种原子核中核子的平均质量不同核子平均质量小的每个核子平均放的能多铁原子核中核子的平均质量最小所以铁原子核最稳定凡是由平均质量大的核生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重核裂变即一个重核在俘获一个中子后分裂成几个中等质量的核的反应过程这发现为核能的利用开辟了道路铀核裂变的核反应方程由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应为使其容易发生最好使用纯铀因为原子核非常小如果铀块的体积不够大中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积即临界体积发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积并有中子进入应用有原子弹核反应堆轻核结合成质量较大的核叫聚变例发生聚变的条件是超高温几百万度以上因此聚变又叫热核反应太阳的能量产生于热核反应可以用原子弹来引起热核反应应用有氢弹可控热核反应7高中物理选修波粒二象性知识点总结一能量量子化物理学的新纪元量子理论的建立年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍这个不可再分的能量值叫做能量子为普朗克常数黑体如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射这种物体就是绝对黑体简称黑体黑体辐射黑体辐射的规律为温度越高各种波长的辐射强度都增加同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象二科学的转折光的粒子性光电效应表明光子具有能量光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步但是它并不能解释光电效应的现象在光包括不可见光的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应发射出来的电子叫光电子实验图在课本光电效应的研究结果新教材存在饱和电流这表明入射光越强单位时间内发射的光电子数越多存在遏止电压截止频率光电子的能量与入射光的频率有关而与入射光的强弱无关当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应效应具有瞬时性光电子的发射几乎是瞬时的一般不超过老教材任何一种金属都有一个极限频率入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应低于这个频率的光不能产生光电效应光电子的最大初动能与入射光的强度无关只随着入射光频率的增大而增大入射光照到金属上时光电子的发射几乎是瞬时的一般不超过当入射光的频率大于极限频率时光电流的强度与入射光的强度成正比光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱金属作为阴极与电源负极相连是因为碱金属有较小的逸出功8光子说光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的频率为的光的能量子为这些能量子被成为光子光电效应方程掌握图象的物理意义同时截止是光电子的最大初动能是逸出功即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功康普顿效应表明光子具有动量年康普顿美在研究石墨对射线的散射时发现光子在介质中和物质微粒相互作用可以使光的传播方向发生改变这种现象叫光的散射在光的散射过程中有些散射光的波长比入射光的波长略大这种现象叫康普顿效应光子的动量三崭新的一页粒子的波动性光的波粒二象性干涉衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子由于光既有波动性又有粒子性只能认为光具有波粒二象性但不可把光当成宏观观念中的波也不可把光当成宏观观念中的粒子少量的光子表现出粒子性大量光子运动表现为波动性光在传播时显示波动性与物质发生作用时往往显示粒子性频率小波长大的波动性显着频率大波长小的粒子性显着电子干涉条纹对概率波的验证光子的能量光子的动量表示式也可以看出光的波动性和粒子性并不矛盾表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长由以上两式和波速公式还可以得出四概率波物质波年德布罗意法提出实物粒子和光子一样具有波动性任何一个运动着的物体都有一种与之对应的波波长这种波叫物质波也叫德布罗意波电子的衍射图样电子显微镜的分辨率为何远远高于光学显微镜概率波从光子的概念上看光波是一种概率波五不确定关系不确定关系表示粒子位置的不确定量表示粒子在方向上的动量的不确定量为何粒子位置的不确定量越小粒子动量的不确定量越大用单缝衍射进行解释图9高中物理选修原子结构知识点总结一电子的发现年汤姆生英发现了电子提出原子的枣糕模型揭开了研究原子结构的序幕谁发现了阴极射线二原子的核式结构模型年起英国物理学家卢瑟福做了粒子轰击金箔的实验即粒子散射实验实验装置见必修本得到出乎意料的结果绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数粒子却发生了较大的偏转并且有极少数粒子偏转角超过了有的甚至被弹回偏转角几乎达到图卢瑟福在年提出原子的核式结构学说在原子的中心有一个很小的核叫做原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外空间里绕着核旋转按照这个学说可很好地解释粒子散射实验结果粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小数量级为和原子核的正电荷数原子序数核电荷数质子数核外电子数三氢原子的光谱光谱的种类发射光谱物质发光直接产生的光谱炽热的固体液体及高温高压气体发光产生连续光谱稀薄气体发光产生线状谱不同元素的线状谱线不同又称特征谱线吸收光谱连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱元素能发射出何种频率的光就相应能吸收何种频率的光因此吸收光谱也可作元素的特征谱线氢原子的光谱是线状的这些亮线称为原子的特征谱线即辐射波长是分立的基尔霍夫开创了光谱分析的方法利用元素的特征谱线线状谱或吸收光谱鉴别物质的分析方法四波尔的原子模型卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾矛盾为原子是不稳定的原子光谱是连续谱年玻尔丹麦在其基础上把普朗克的量子理论运用到原子系统上提出玻尔理论玻尔理论的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绕核运动但并不向外辐射能量这些状态叫做定态氢原子的各个定态的能量值叫做它的能级原子处于最低能级时10电子在离核最近的轨道上运动这种定态叫做基态原子处于较高能级时电子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态原子从一种定态设能量为跃迁到另一种定态设能量为时它辐射或吸收一定频率的光子光子的能量由这两种定态的能量差决定即能级图见第页原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的因此电子的可能轨道的分布也是不连续的玻尔计算公式分别代表第一条即离核最近的可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量选定离核无限远处的电势能为零电子从离核无限远处移到任一轨道上都是电场力做正功电势能减少所以在任一轨道上电子的电势能都是负值而且离核越近电势能越小从高能级向低能级跃迁时放出光子从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子也可能是由于碰撞用加热的方法使分子热运动加剧分子间的相互碰撞可以传递能量原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念提出了能级和跃迁的概念能解释气体导电时发光的机理氢原子的线状谱局限之处在于它过多地保留了经典理论经典粒子轨道等无法解释复杂原子的光谱现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述光谱测量发现原子光谱是线状谱和夫兰克赫兹实验证实了原子能量的量子化即原子中分立能级的存在高中物理选修原子核知识点总结一原子核的组成年卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子即中子查德威克经过研究证明用天射线轰击铍时会产生一种看不见的贯穿能力很强厘米的铅板的不带电粒子用其轰击石蜡时竟能从石蜡中打出质子此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子质子和中子统称核子11原子核的电荷数等于其质子数原子核的质量数等于其质子数与中子数的和具有相同质子数的原子属于同一种元素具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素二放射性元素的衰变天然放射现象人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律是从天然放射现象开始的年贝克勒耳发现放射性在他的建议下玛丽居里和皮埃尔居里经过研究发现了新元素钋和镭用磁场来研究放射线的性质图见第页射线带正电偏转较小粒子就是氦原子核贯穿本领很小电离作用很强使底片感光作用很强射线带负电偏转较大是高速电子流贯穿本领很强几毫米的铝板电离作用较弱射线中电中性的无偏转是波长极短的电磁波贯穿本领最强几厘米的铅板电离作用很小原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变在衰变中电荷数和质量数都是守恒的注意质量并不守恒射线是伴随射线或射线产生的没有单独的衰变衰变原子核处于较高能级辐射光子后跃迁到低能级半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定与原子所处的物理状态或化学状态无关它是对大量原子的统计规律三放射性的应用与防护放射性同位素的应用利用它的射线贯穿本领电离作用物理和化学效应做示踪原子放射性同位素的防护过量的射线对人体组织有破坏作用这些破坏往往是对细胞核的破坏因此在使用放射性同位素时必须注意人身安全同时要放射性物质对空气水源等的破坏四核力与结合能由于核子间存在着强大的核力核子之间的引力特点核力与核子是否带电无关短程力其作用范围为只有相邻的核子间才发生作用所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时都伴随着巨大的能量变化核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能亦称核能12我们把核子结合生成原子核所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些这种现象叫做质量亏损爱因斯坦在相对论中得出物体的质量和能量间的关系式就是着名的质能联系方程简称质能方程相当于此结论在计算中可直接应用原子核的人工转变原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程称为核反应原子核的人工转变在核反应中电荷数和质量数都是守恒的举例如粒子轰击氮原子核发现质子年约里奥居里和伊丽芙居里夫妇在用粒子轰击铝箔时除探测到预料中的中子外还探测到了正电子这是第一次用人工方法得到放射性同位素五重核的裂变凡是释放核能的核反应都有质量亏损核子组成不同的原子核时平均每个核子的质量亏损是不同的所以各种原子核中核子的平均质量不同核子平均质量小的每个核子平均放的能多铁原子核中核子的平均质量最小所以铁原子核最稳定凡是由平均质量大的核生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重核裂变即一个重核在俘获一个中子后分裂成几个中等质量的核的反应过程这发现为核能的利用开辟了道路由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应为使其容易发生最好使用纯铀因为原子核非常小如果铀块的体积不够大中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积即临界体积发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积并有中子进入应用有原子弹核反应堆六核聚变聚变轻核结合成质量较大的核叫聚变发生聚变的条件是超高温几百万度以上因此聚变又叫热核反应太阳的能量产生于热核反应可以用原子弹来引起热核反应应用有氢弹可控热核反应