DOC《十九、近代物理》

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九、近代物理 原子物理 原子结构 原子核的组成 电子的发现(1897) α粒子散射(1909) 核式结构与经典 汤姆生 蛋糕式 卢瑟福核式结构 电磁理论的矛盾 核反应 原子结构模型 模型(1911) 波尔原子理论 氢原子能级公式 天然衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变 α衰变 质子、中子 核反应堆 热核反应 β衰变 的发现 半衰期 核能 表示放射性元素 E=mc 衰变的快慢

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、粒子散射实验和原子核结构模型 (1)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. 绝大多数粒子穿过金箔后,仍沿原来方向运动,不发生偏转. b. 有少数粒子发生较大角度的偏转 c. 有极少数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: 由于粒子的质量是电子质量的七千多倍,所以电子不会使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,穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡,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-E1 ③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/2的整数倍,即:轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/的整数倍,即 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En,和电子轨道半径rn分别为: 其中E