熱學(xué),原子物理復(fù)習(xí)資料

1、熱學(xué)一、物體是由大量分子組成的1實(shí)驗(yàn)：油膜法測(cè)分子直徑（1）原理：一滴油酸在水面上盡可能散開，在水面上形成單分子油膜，其特征是單層、球形、無空隙緊密排布，如圖所示，其厚度d 即表示分子直徑的大小。（2）計(jì)算：d=V/S。V表示一滴油的體積，S為一滴油酸在水面上散開的面積。二、分子的熱運(yùn)動(dòng)1擴(kuò)散現(xiàn)象（1）不同物質(zhì)相互接觸時(shí)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。擴(kuò)散現(xiàn)象可發(fā)生在氣體、液體和固體之間。（2）擴(kuò)散現(xiàn)象直接說明了組成物體的分子總是不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。同時(shí)也說明了分子間有間隙。2布朗運(yùn)動(dòng)（1）懸浮在液體中的固體微粒永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做布朗運(yùn)動(dòng)。（

2、2）產(chǎn)生的原因：大量液體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，對(duì)懸浮在其中的微粒撞擊作用的不平衡。（3）布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮于液體中微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不是分子的運(yùn)動(dòng)。它間接反映了液體分子在不停地做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。（4）溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯。表明溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈。3分子的熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都表明分子在永不停息地作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，而且溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)就越激烈。物體的溫度高低是與內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度直接相關(guān)的。物理學(xué)中把物體內(nèi)部大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng)。三、分子間的作用力1分子間存在相互作用的引力（如：壓緊的鉛塊結(jié)合在一起，它們不易被拉開）。2分子間存在相互作用的斥

3、力（如：固體和液體很難被壓縮）。3分子間的引力和斥力同時(shí)存在，實(shí)際表現(xiàn)的分子力是分子引力和斥力的合力。注意：壓縮氣體也需要力，不說明分子間存在斥力作用。壓縮氣體時(shí)需要的力用于反抗大量氣體分子頻繁撞擊容器壁（活塞）時(shí)對(duì)容器壁（活塞）產(chǎn)生的壓力4分子間相互作用力是由原子內(nèi)帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子相互作用引起的。四、內(nèi)能1分子動(dòng)能（1）分子動(dòng)能：組成物體的分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具有的能 （2）平均動(dòng)能：物體里所有分子動(dòng)能的平均值。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。（3）溫度反映的是大量分子平均動(dòng)能的大小，不能反映個(gè)別分子的動(dòng)能大小，同一溫度下，各個(gè)分子的動(dòng)能不盡相同（4）溫度的宏觀含義：表示物體的冷熱程度溫度

4、的微觀含義（分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)）：是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，平均動(dòng)能越大。（5）分子的平均動(dòng)能與物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無關(guān)。2分子勢(shì)能（1）分子勢(shì)能：由于分子間存在相互作用力，并由它們的相對(duì)位置決定的能。（2）分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能減少；分子力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增加（3）決定分子勢(shì)能的因素宏觀：分子勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)微觀：分子勢(shì)能跟分子間距離有關(guān)3內(nèi)能（1）物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。（2）內(nèi)能和物體的溫度和體積有關(guān)，還和物體所含的分子數(shù)及物態(tài)有關(guān)。（3）任何物體都具有內(nèi)能。因?yàn)橐磺形矬w都是由不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子所組成。五、氣體1、

5、氣體壓強(qiáng)微觀解釋（1）氣體壓強(qiáng)是大量分子頻繁的碰撞容器壁而產(chǎn)生的。（2）影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素：氣體分子的平均動(dòng)能，從宏觀上看由氣體的溫度決定。對(duì)確定的氣體而言，溫度與分子運(yùn)動(dòng)的平均速率有關(guān)，溫度越高，反映氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率越大。單位體積內(nèi)的分子數(shù)(分子密度)，從宏觀上看由氣體的體積決定。對(duì)確定的一定質(zhì)量的理想氣體而言，分子總數(shù)N是一定的，當(dāng)體積增大時(shí)，分子密度減小。2. 理想氣體（1）理想氣體：在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格地遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律（2）理想氣體是不存在的，是一種理想模型。（3）氣體間距較大，分子間的相互作用力可忽略。從微觀上看，分子間以及分子和器壁間，除相互碰撞及與器壁碰撞

6、外無其他作用力。（4）氣體分子沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本身沒有體積，是不占有體積的剛性質(zhì)點(diǎn)，它所占據(jù)的空間是可以被壓縮的空間。（5）理想氣體沒有分子勢(shì)能，其內(nèi)能只有分子平均動(dòng)能，由溫度來決定。（6）對(duì)大量分子而言，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，在任一時(shí)刻向容器各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)均等。3氣體狀態(tài)參量（1）體積V（幾何參量）一定質(zhì)量氣體所占據(jù)容器的容積，但不是所有氣體分子體積的總和。（2）溫度T（t）（熱學(xué)參量）溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度；微觀上是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。攝氏溫標(biāo)t和熱力學(xué)溫標(biāo)T關(guān)系：T273t，T =t。（3）壓強(qiáng)p（力學(xué)參量）大量分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的。與兩個(gè)因素有關(guān)：氣體分子的平

7、均動(dòng)能，分子的密集程度。溫度一定，分子平均動(dòng)能一定，氣體體積越小，分子數(shù)密度越大，碰撞分子數(shù)越大，壓強(qiáng)越大。同理，體積一定，分子數(shù)密度一定，溫度越高，分子碰撞力越大，壓強(qiáng)越大。4. 氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度的關(guān)系（1）理想氣體狀態(tài)方程： 或（2）氣體三大實(shí)驗(yàn)定律可看作是狀態(tài)方程的特例，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度T不變時(shí)，pV=C 或p1V1=p2V2（玻意耳定律）當(dāng)體積V不變時(shí)，p / T=C或=（查理定律）當(dāng)壓強(qiáng)P不變時(shí)，V / T=C或=（蓋·呂薩克定律）適用范圍都是：溫度不太低，壓強(qiáng)不太大。六、功、熱和內(nèi)能（1）做功和熱傳遞改變物體的內(nèi)能，這兩種方式是等效的。系統(tǒng)在單純的做功過程中

8、，內(nèi)能的增量等于外界對(duì)系統(tǒng)做的功U=W。系統(tǒng)在單純的熱傳遞過程中，內(nèi)能的增量等于系統(tǒng)吸收的熱量U=Q。要使得物體改變同樣的內(nèi)能，通過做功或熱傳遞都可以實(shí)現(xiàn)，若不知道過程，無法分辨出是做功還是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的這種改變。（2）做功改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移。做功是內(nèi)能和其他形式能的轉(zhuǎn)化，如機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。熱傳遞是不同物體或同一物體的不同部位內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。（3）功W、熱量Q都是過程量，而內(nèi)能U是狀態(tài)量。功和熱是能量的交換形式，但不是能量的存在形式，只有出現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程時(shí)才會(huì)有功和熱。離開過程談熱量是沒有意義的。就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，不存在什么“熱量”和

9、“功”，不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會(huì)對(duì)外做功或向外傳遞熱量，或者做的功多，傳遞熱量多；只有當(dāng)物體內(nèi)能變化大時(shí)，該過程中做功或傳遞的熱量多。七、熱力學(xué)第一定律1系統(tǒng)與外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞時(shí)，其內(nèi)能的增量為DU=W+Q2熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做功的和，其表達(dá)式為U=W+Q。3熱力學(xué)第一定律中各量的正、負(fù)號(hào)含義物理量符號(hào)意義符號(hào)意義W+外界對(duì)系統(tǒng)做功外界對(duì)系統(tǒng)做功Q+系統(tǒng)吸收熱量系統(tǒng)放出熱量U+系統(tǒng)內(nèi)能增加系統(tǒng)內(nèi)能減少5熱力學(xué)第一定律中的功是指能夠轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分功。例如，汽車在牽引力作用

10、下前進(jìn)，這個(gè)牽引力做的功不影響汽車的內(nèi)能，它只能改變汽車動(dòng)能的大小，而汽車克服摩擦力所做的功才使得汽車的內(nèi)能增大。6熱力學(xué)第一定律的另一種理解：Q=U+W。Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示系統(tǒng)對(duì)外做功，U表示系統(tǒng)內(nèi)能的增加。可以理解為：系統(tǒng)吸收的熱量用于增加系統(tǒng)的內(nèi)能和對(duì)外做功?？梢杂脕斫忉專簹怏w在等壓下的比熱容CP大于等容下的比熱容CV。因?yàn)榈热菹職怏w吸收的熱量全部用來增加內(nèi)能（不對(duì)外做功），而等壓下氣體吸收的熱量除了增加內(nèi)能外，還要對(duì)外做功。八、熱力學(xué)第二定律1熱傳遞過程的方向性熱傳遞過程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進(jìn)行，但相反方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，即熱傳遞具有方向性，是一個(gè)不可逆過程。 自

11、發(fā)過程是在不受外界干擾的條件下進(jìn)行的自然過程。要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須要借助外力，要由外界對(duì)其做功才能完成。例如電冰箱、空調(diào)。自發(fā)變化的共同特征是不可逆性，任何自發(fā)變化的逆過程是不能自動(dòng)進(jìn)行的。2機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性例如，一個(gè)在水平地面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個(gè)過程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。但逆過程是不可能自發(fā)發(fā)生的，即物體靠降低溫度把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能并運(yùn)動(dòng)起來。這個(gè)例子說明，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。3熱力學(xué)第二定律的兩種表述克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到

12、高溫物體。開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。4第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)：沒有冷凝器，只有單一熱源，能將單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，表示機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。5熱力學(xué)第二定律的意義熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。光的波粒二象性一、光電效應(yīng)1光照使物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)現(xiàn)象；所發(fā)射的電子叫光電子；光電子定向動(dòng)所形成的電流叫光電流。2光電效應(yīng)現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)

13、律。（1）對(duì)于任何一種金屬，入射光的頻率必須大于某一極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率，無論強(qiáng)度如何，無論照射時(shí)間多長(zhǎng)，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；（2）飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比，也就是在單位時(shí)間里從金屬極板中發(fā)射出的光電子數(shù)跟入射光的強(qiáng)度成正比；（3）發(fā)射出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大；（4）只要入射光的頻率高于金屬極板的極限頻率，無論其強(qiáng)度如何，光電子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過109s.二、光子1能量量子假說：1900年德國(guó)物理學(xué)家普郎克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量E=hvh為普朗克常量，h=6.63

14、×10-34Js，每個(gè)光子的能量只決定于光的頻率2光子假說：1905年愛因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。三、光的電磁說 1麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是光的電磁說，赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說的正確性。2 電磁波譜： 波長(zhǎng)從大到小排列順序?yàn)椋簾o線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個(gè)波段間都有重疊。 各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是： 無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的； 紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)

15、后產(chǎn)生的； 倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的； 射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。3紅外線、紫外線、X射線的主要性質(zhì)及其應(yīng)用舉例：種 類產(chǎn) 生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感、遙控、加熱紫外線一切高溫物體能發(fā)出化學(xué)效應(yīng)熒光、殺菌、合成VD2X射線陰極射線射到固體表面穿透能力強(qiáng)人體透視、金屬探傷4可見光頻率范圍是3.9-7.5×1014Hz，波長(zhǎng)范圍是400-770nm。四、光電效應(yīng)方程1金屬的逸出功光電效應(yīng)中，金屬中的電子在飛出金屬表面時(shí)要克服原子核對(duì)它的吸引而做功。某種金屬中的不同電子，脫離這種金屬所需的功不一樣。使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的

16、逸出功2愛因斯坦光電效應(yīng)方程：動(dòng)能最大的光電子所具有的動(dòng)能3光電效應(yīng)曲線（1）圖像 （2）圖像0ImIUUc0-Wv0EKmv五、光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋如果光子的能量較小(頻率較低)，電子吸收光子后的能量不足以克服金屬中正電荷對(duì)其的束縛，則立即會(huì)將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，而不能從金屬中逸出，這就是入射光的頻率較低時(shí)，盡管照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，也不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因每一種金屬，正電荷對(duì)電子的束縛能力都不同，因此，電子逸出所需做的最小功也不一 樣光子頻率小于該頻率，無論如何都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，這就是每一種金屬都存在極限頻率的原因金屬中的電子對(duì)于光子的吸收是十分迅速的，電子一次性獲得的能量足夠時(shí)，逸出也是十

17、分迅速的，這就是光電效應(yīng)具有瞬時(shí)效應(yīng)的原因六、康普頓效應(yīng)在研究電子對(duì)X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長(zhǎng)比入射波的波長(zhǎng)略大。康普頓認(rèn)為這是因?yàn)楣庾硬粌H有能量，也具有動(dòng)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這個(gè)設(shè)想是正確的。因此康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性?？灯疹D效應(yīng)是光子與自由電子之間的相互作用，光子被電子全部吸收后，又重新放出新光子（散射光子不是轉(zhuǎn)移部分能量的入射光子）康普頓效應(yīng)整個(gè)過程的能量和動(dòng)量守恒。七、光的波粒二象性1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子；因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：光具有波粒二象性。2、正確理解波粒二象性：波粒二

18、象性中所說的波是一種概率波，對(duì)大量光子才有意義波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量光的粒子性與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)少量或個(gè)別光子容易顯示出粒子性頻率較大時(shí)，易顯示粒子性粒子含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的，不同于宏觀的粒子光的波動(dòng)性傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)大量光子容易顯示出波動(dòng)性頻率較小時(shí)，易顯示波動(dòng)性光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的，不同于宏觀的機(jī)械波。八、物質(zhì)波（德布羅意波）由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)原子結(jié)構(gòu)一、原子核式結(jié)構(gòu)模

19、型1電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型：（1）電子的發(fā)現(xiàn)： 1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆生，對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列的研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而打破了原子不可再分的觀念。（2）湯姆生的原子模型： 1903年湯姆生設(shè)想原子是一個(gè)帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在正電荷中。2粒子散射實(shí)驗(yàn)和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)： 裝置： 現(xiàn)象：a. 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。b. 有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)c. 有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度，有的幾乎達(dá)到180度，即被反向彈回。（2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型：1911年

20、，盧瑟福通過對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析計(jì)算提出原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個(gè)很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)二氫原子光譜（一）光譜1定義：用光柵或棱鏡可以把光波按波長(zhǎng)展開，獲得光的波長(zhǎng)成分和強(qiáng)度分布的記錄。2分類：按產(chǎn)生的方式不同，可分為發(fā)射光譜、吸收光譜（1）發(fā)射光譜發(fā)射光譜物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜由連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光（一切單色光）組成的光譜。由熾熱的固體、液體及高壓氣體產(chǎn)生（產(chǎn)生條件）明線光譜由一些不連續(xù)的亮線組成的光譜。通常氣壓下，熾熱的氣體（稀薄氣體）或金屬蒸氣產(chǎn)生的光譜，由游離狀態(tài)的原子的發(fā)射而產(chǎn)生的，所以也

21、叫原子光譜。實(shí)驗(yàn)證明：每種元素的原子都有一定的明線光譜，每種原子只能發(fā)出具有本身特性的某些波長(zhǎng)的光，因此，明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線（2）吸收光譜吸收光譜高溫物體發(fā)出白光，通過物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜（條件）實(shí)驗(yàn)證明：各種原子的吸收光譜中的每一條暗線，都跟該種原子的明線光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光（特點(diǎn)），因此，吸收光譜中的暗線，也就是原子的特征譜線，只是通?？吹降囊让骶€光譜中少一些（二）光譜分析光譜分析由于每種原子都有自已的特征譜線，根據(jù)原子光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成的方法叫做光譜分析優(yōu)點(diǎn)：非常靈敏而且

22、迅速應(yīng)用：在科技中有廣泛的應(yīng)用。如檢查半導(dǎo)體材料硅或鍺的純度。（三）氫原子光譜1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的，在可見光區(qū)的14條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式表示：巴耳末公式, n=3, 4, 5,里德伯常量R=1.10×107m-1除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。氫原子光譜是線狀譜，具有分立特征，用經(jīng)典的電磁理論無法解釋。三原子的能級(jí)（1）原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面） 電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)，按照經(jīng)典理論，加速運(yùn)動(dòng)的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到

23、原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。 電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率，隨著旋轉(zhuǎn)軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應(yīng)是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應(yīng)是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實(shí)相矛盾。（2）玻爾理論上述兩個(gè)矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學(xué)成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量子化的概念，提了三個(gè)假設(shè)： 定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。 躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)定態(tài)（設(shè)能量為E2）躍遷到另一定態(tài)（設(shè)能量為E1）時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光

24、子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即 hv=E2-E1 軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運(yùn)行軌道相對(duì)應(yīng)。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。即軌道半徑跟電子動(dòng)量mv的乘積等于h/2的整數(shù)倍，即：軌道半徑跟電子動(dòng)量mv的乘積等于h/的整數(shù)倍，即（n為正整數(shù)，稱能量量子數(shù)）（3）玻爾的原子模型 氫原子的能級(jí)公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設(shè)基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，計(jì)算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運(yùn)行時(shí)原子的能量，（包括電子的動(dòng)能和原子的熱能）氫原子中電子在第條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氫原子的能量En，和電子軌道半徑rn分別為

25、：其中E1、r1為離核最近的第一條軌道（即n=1）的氫原子能量和軌道半徑。即：E1=13.6ev, r1=0.53×10-10m( 以電子距原子核無窮遠(yuǎn)時(shí)電勢(shì)能為零計(jì)算 ) 氫原子的能級(jí)圖：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級(jí)。按能量的大小用圖形表示出來即能級(jí)圖。其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。氫原子在n能級(jí)的動(dòng)能、勢(shì)能，總能量的關(guān)系是：EP=2EK，E=EK+EP=EK(類似于衛(wèi)星模型) 由高能級(jí)到低能級(jí)時(shí)，動(dòng)能增加，勢(shì)能降低，且勢(shì)能的降低量是動(dòng)能增加量的2倍，故總能量(負(fù)值)降低.（4） 躍遷: 原子從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷：當(dāng)光子作用使原子發(fā)生躍遷時(shí)，

26、只有光子的能量滿足的躍遷條件時(shí)，原子才能吸收光子的全部能量而發(fā)生躍遷；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，多余能量都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能）。當(dāng)電子等實(shí)物粒子作用在原子上，只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，即可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷 原子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷：當(dāng)一群氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為；當(dāng)一個(gè)氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù)為（n-1），若氫原子從高能級(jí)向某一確定的低能級(jí)躍遷，只能產(chǎn)生一條譜線（5）玻爾理論的

27、局限性由于引進(jìn)了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難?，F(xiàn)代量子理論認(rèn)為電子的軌道只能用電子云來描述。原子核一、原子核的組成1、天然放射現(xiàn)象（1）天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國(guó)物理學(xué)家，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素天然放射現(xiàn)象：某種元素自發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象。表明原子核存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，是可以再分的（

28、2）放射線的成份和性質(zhì)：用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來研究放射性元素射出的射線，在電場(chǎng)中軌跡，如圖：種 類本 質(zhì)質(zhì)量（u）電荷（e）速度（c）電離性貫穿性射線氦核4+20.1最強(qiáng)最弱，紙能擋住射線電子1/1840-10.99較弱較強(qiáng)，穿幾mm鋁板射線光子001最弱最強(qiáng)，穿幾cm鉛板2、原子核的組成（1）原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子（2）在原子核中：質(zhì)子數(shù)等于核電荷數(shù)，核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)，中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減核電荷數(shù)二原子核的衰變 半衰期1衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變，在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒類型衰變方程規(guī)律衰變新核衰變新核（1）射線是伴隨衰

29、變放射出來的高頻光子流其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子.（2）在衰變中新核質(zhì)子數(shù)多一個(gè)，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反應(yīng)中有一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，即：（3）確定衰變次數(shù)的方法：設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次衰變m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示核反應(yīng)的方程為：XY+nHe +me.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組.2半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，稱該元素的半衰期。一放射性元素，測(cè)得質(zhì)量為m,半衰期為T，經(jīng)時(shí)間t后，剩余未衰變的放射性元素的質(zhì)量為m，則（1）

30、半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強(qiáng)、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān).（2）半衰期只對(duì)大量原子核衰變才有意義，因?yàn)榉派湫栽氐乃プ円?guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)原子核衰變不再起作用.三、同位素1人工放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素2放射性同位素：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，具有放射性的同位素叫放射性同位素3正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時(shí)，發(fā)生核反應(yīng)。1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里發(fā)現(xiàn)經(jīng)過粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷反應(yīng)生成物P是磷的一種同位素，自然界沒有天然的，它是通過核反應(yīng)生成的人工放射

31、性同位素。發(fā)生衰變，放出正電子，四、放射性同位素的應(yīng)用1、利用它的射線： 由于射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫射線探傷儀 利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 利用射線使空氣電離而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電 利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等2、作為示蹤原子：棉花在結(jié)桃、開花的時(shí)候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收但是，什么時(shí)候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長(zhǎng)時(shí)間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時(shí)間用探測(cè)器測(cè)量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，上面的問題就很容易解決3、半衰期的應(yīng)用： 在地質(zhì)和考古工作中，利用放射性衰變的半衰期來推斷地層或古代文物的年代五、放射線的危害及防護(hù)（1）在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄（2）用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在