现代物理初步

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1．原子的核式结构

（1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

（2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

（3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱

（1）光谱

用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。

（2）光谱分类

有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

（3）氢原子光谱的实验规律

巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式$\dfrac{1}{\lambda}=R^ {\begin{bmatrix}\dfrac{1}{2^2}-\dfrac{1}{n^2}\end{bmatrix}},(n=3,4,5,……)R$，R是里德伯常量，R＝1.10×10⁷ m^－1，n为量子数。

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3．玻尔理论

（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量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。

（2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或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$hν＝E_m－E_n$。（h是普朗克常量，h＝6.63×10^－34 J·s）

（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对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

4．氢原子的能级、能级公式

（1）氢原子的能级

能级图如图所示

（2）氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的能级公式：$E_n＝\dfrac{1}{n^2}E_1 （n＝1,2,3,…）$，其中E₁为基态能量，其数值为E₁＝－13.6 eV。

②氢原子的半径公式：$rn＝n^2r_1 （n＝1,2,3,…）$，其中r₁为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r₁＝0.53×10^－10 m。

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1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。

2．天然放射现象

（1）天然放射现象

元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

（2）放射性和放射性元素

物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

（3）三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。

（4）放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。

②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

③防护：防止放射性对人体组织的伤害。

3．原子核的衰变

（1）衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

（2）分类

α衰变： $^A_ZX \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y+^4_2 He$

β衰变： $^A_ZX \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y+^ 0_{-1} e$

（3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

1．核力

（1）定义：

原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

（2）特点：

①核力是强相互作用的一种表现；

②核力是短程力，作用范围在1.5×10^－15m之内；

③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。

2．结合能

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，叫做原子核的结合能，亦称核能。

3．比结合能

（1）定义：

原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。

（2）特点：

不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

4．质能方程、质量亏损

爱因斯坦质能方程E＝mc²，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc²。

四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆　核反应方程

1．重核裂变

（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量数较小的原子核的过程。

（2）典型的裂变反应方程：

$^{235}_92U+^1_0n \rightarrow ^{89}_{36}Kr+^{144}_{56}Ba+3^1_0n$ 

（3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

（4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。

（5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。

（6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。

2．轻核聚变

（1）定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。

（2）典型的聚变反应方程：

$^2_1H+^3_1H \rightarrow ^4_2He+^1_0n+17.6MeV$