3、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變是指用人工的方法(例如用高速粒子轟擊原子核)使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。

　　　 (1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用粒子轟擊氦原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。

　　　 (2)中子的發(fā)現(xiàn)：1932年，查德威克用粒子轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)中子�！　�

2、原子核的衰變：

　　　 (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(chēng)為衰變?cè)谠�子核的衰變過(guò)程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒　

類(lèi)　　　 型	衰變方程	規(guī)　　 律
衰　　 變		新核
衰　　 變		新核

　　　 射線(xiàn)是伴隨衰變放射出來(lái)的高頻光子流

　　　 在衰變中新核質(zhì)子數(shù)多一個(gè)，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個(gè)中子變?yōu)橐粋�(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，即：

 (2)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫半衰期。(對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律)計(jì)算式為：N表示核的個(gè)數(shù) ，此式也可以演變成 或，式中m表示放射性物質(zhì)的質(zhì)量，n 表示單位時(shí)間內(nèi)放出的射線(xiàn)粒子數(shù)。以上各式左邊的量都表示時(shí)間t后的剩余量。

半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

例題：衰變?yōu)?sub>要分別經(jīng)過(guò)多少次衰變和衰變？

解析：原子核發(fā)生一次衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，發(fā)生一次衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，因此，根據(jù)質(zhì)量數(shù)由232減少到208知發(fā)生衰變次數(shù)為6次。

　　　 原子核發(fā)生6次衰變電荷數(shù)要減少12，核電荷數(shù)將由90減少到78，現(xiàn)在實(shí)際電荷數(shù)為82，為了使電荷數(shù)從 78增加到82，故要發(fā)生82－78=4次衰變。

例題：兩個(gè)放射性元素樣品A、B，當(dāng)A有的原子核發(fā)生衰變時(shí)，B恰好有的原子核發(fā)生了衰變，可知A和B的半衰期之比為多少？

解析：由題知這段時(shí)間內(nèi)A有1/16未衰變的，亦即1/2⁴未衰變，經(jīng)歷時(shí)間；B有1/64未衰變，即1/2⁶未衰變，，則

　　　 ，得=3∶2

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)，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見(jiàn)的射線(xiàn)。這種射線(xiàn)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(xiàn)的性質(zhì)稱(chēng)放射性

　　　 放射性元素：具有放射性的元素稱(chēng)放射性元素

　　　 天然放射現(xiàn)象：某種元素白發(fā)地放射射線(xiàn)的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象

　　　 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

　　　 (2)放射線(xiàn)的成份和性質(zhì)：用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來(lái)研究放射性元素射出的射線(xiàn)，在電場(chǎng)中軌跡，如圖(1)

各種放射線(xiàn)的性質(zhì)比較

三種射線(xiàn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較：

如⑴、⑵圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大，γ不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線(xiàn)。⑶圖中γ肯定打在O點(diǎn)；如果α也打在O點(diǎn)，則β必打在O點(diǎn)下方；如果β也打在O點(diǎn)，則α必打在O點(diǎn)下方。

例題：如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線(xiàn)從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說(shuō)法中正確的有

A.打在圖中a、b、c三點(diǎn)的依次是α射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和β射線(xiàn)

B.α射線(xiàn)和β射線(xiàn)的軌跡是拋物線(xiàn)

C.α射線(xiàn)和β射線(xiàn)的軌跡是圓弧　　　　　　 　

D.如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑可能只剩下b

解析：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場(chǎng)中不可能都做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(如果一個(gè)打在b，則另一個(gè)必然打在b點(diǎn)下方。)本題選AC。

例題： 如圖所示，是利用放射線(xiàn)自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置。假如放射源能放射出α、β、γ三種射線(xiàn)，而根據(jù)設(shè)計(jì)，該生產(chǎn)線(xiàn)壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線(xiàn)中的____射線(xiàn)對(duì)控制厚度起主要作用。當(dāng)探測(cè)接收器單位時(shí)間內(nèi)接收到的放射性粒子的個(gè)數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，將會(huì)通過(guò)自動(dòng)裝置將M、N兩個(gè)軋輥間的距離調(diào)___一些。

解析：α射線(xiàn)不能穿過(guò)3mm厚的鋁板，γ射線(xiàn)又很容易穿過(guò)3mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響。而β射線(xiàn)剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會(huì)使穿過(guò)鋁板的β射線(xiàn)的強(qiáng)度發(fā)生較明顯變化。即是β射線(xiàn)對(duì)控制厚度起主要作用。若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明鋁板太薄了，應(yīng)該將兩個(gè)軋輥間的距離調(diào)節(jié)得大些。

7、粒子物理學(xué)

到19世紀(jì)末，人們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。

20世紀(jì)30年代以來(lái)，人們認(rèn)識(shí)了正電子、μ子、K介子、π介子等粒子。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了各種粒子的反粒子(質(zhì)量相同而電荷及其它一些物理量相反)。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)400多種，形成了粒子物理學(xué)。按照粒子物理理論，可以將粒子分成三大類(lèi)：媒介子、輕子和強(qiáng)子，其中強(qiáng)子是由更基本的粒子--夸克組成。從目前的觀(guān)點(diǎn)看，媒介子、輕子和夸克是沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“點(diǎn)狀”粒子。

用粒子物理學(xué)可以較好地解釋宇宙的演化。

6、激光的特性及其應(yīng)用

普通光源(如白熾燈)發(fā)光時(shí)，燈絲中的每個(gè)原子在什么時(shí)候發(fā)光，原子在哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷，發(fā)出的光向哪個(gè)方向傳播，都是不確定的。

激光是同種原子在同樣的兩個(gè)能級(jí)間發(fā)生躍遷生成的，其特性是：⑴是相干光。(由于是相干光，所以和無(wú)線(xiàn)電波一樣可以調(diào)制，因此可以用來(lái)傳遞信息。光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維結(jié)合的產(chǎn)物。)⑵平行度好。(傳播很遠(yuǎn)距離之后仍能保持一定強(qiáng)度，因此可以用來(lái)精確測(cè)距。激光雷達(dá)不僅能測(cè)距，還能根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)出目標(biāo)的速度，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。還能用于在VCD或計(jì)算機(jī)光盤(pán)上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。)⑶亮度高。能在極小的空間和極短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。(可以用來(lái)切割各種物質(zhì)，焊接金屬，在硬材料上打孔，利用激光作為手術(shù)刀切開(kāi)皮膚做手術(shù)，焊接視網(wǎng)膜。利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變。)

5、氫原子中的電子云

對(duì)于宏觀(guān)質(zhì)點(diǎn)，只要知道它在某一時(shí)刻的位置和速度以及受力情況，就可以應(yīng)用牛頓定律確定該質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌道，算出它在以后任意時(shí)刻的位置和速度。

對(duì)電子等微觀(guān)粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠�子中的位置。玻爾理論中說(shuō)的“電子軌道”實(shí)際上也是沒(méi)有意義的。更加徹底的量子理論認(rèn)為，我們只能知道電子在原子核附近各點(diǎn)出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率是不同的。如果用疏密不同的點(diǎn)子表示電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率，畫(huà)出圖來(lái)，就像一片云霧一樣，可以形象地稱(chēng)之為電子云。

4、光譜和光譜分析

⑴熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)光譜。

⑵稀薄氣體發(fā)光形成線(xiàn)狀譜(又叫明線(xiàn)光譜、原子光譜)。

根據(jù)玻爾理論，不同原子的結(jié)構(gòu)不同，能級(jí)不同，可能輻射的光子就有不同的波長(zhǎng)。所以每種原子都有自己特定的線(xiàn)狀譜，因此這些譜線(xiàn)也叫元素的特征譜線(xiàn)。

根據(jù)光譜鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速。只要某種元素在物質(zhì)中的含量達(dá)到10^-10g，就可以從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線(xiàn)。

3、玻爾的原子模型

　　　 (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)

　　　 a.　　 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?chē)�發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。

　　　 b.　　 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(xiàn)狀光譜事實(shí)相矛盾。

　　　 (2)玻爾理論

　　　 上述兩個(gè)矛盾說(shuō)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了化的概念，提了三個(gè)假設(shè)：

　　　 ①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)。

　　　 ②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)，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即 hv=E₂-E₁

　　　 ③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：軌道半徑跟電了動(dòng)量mv的乘積等于h/的整數(shù)倍，即

　　　 n為正整數(shù)，稱(chēng)量數(shù)數(shù)

　　　 (3)玻爾的氫子模型：

　　　 ①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。)

　　　 氫原子中電子在第幾條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氫原子的能量E_n，和電子軌道半徑r_n分別為：

　　　 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(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)電勢(shì)能為零計(jì)算)

　　　 ②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)。按能量的大小用圖開(kāi)像的表示出來(lái)即能級(jí)圖。

　　　 其中n=1的定態(tài)稱(chēng)為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。

③玻爾理論的局限性。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(guò)多的經(jīng)典物理理論(牛頓第二定律、向心力、庫(kù)侖力等)，所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。

例題： 用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為ν₁、ν₂、ν₃，由此可知，開(kāi)始用來(lái)照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hν₁；②hν₃；③h(ν₁+ν₂)；④h(ν₁+ν₂+ν₃) 以上表示式中　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.只有①③正確　　 　　　　B.只有②正確　　

C.只有②③正確　　 　　　　D.只有④正確　

解析：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說(shuō)明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有hν₃=E₃- E₁，hν₁=E₃- E₂，hν₂=E₂- E₁，可見(jiàn)hν₃= hν₁+ hν₂= h(ν₁+ν₂)，所以照射光子能量可以表示為②或③，答案選C。

例題：氫原子處于基態(tài)時(shí)能量為，電子的質(zhì)量為m，電量為－，試回答下列問(wèn)題：

　　　 (1)用氫原子從的能量狀態(tài)躍遷到的能量狀態(tài)時(shí)所輻射的光去照射逸出功是的Cs金屬，能否發(fā)生光電效應(yīng)？

　　　 (2)氫原子處于時(shí)，核外電子速度多大？

　　　 (3)氫原子吸收波長(zhǎng)為的紫外線(xiàn)而電離，使電子從基態(tài)飛到離核無(wú)限遠(yuǎn)處，設(shè)原子核靜止，則電子飛到離核無(wú)限遠(yuǎn)處后，還具有多大的動(dòng)能？

解析：(1)氫原子從躍遷到能量狀態(tài)放出能量

　　　　　　　 能發(fā)生光電效應(yīng)

　　　 (2)

　　　　　　　 而庫(kù)侖力為向心力，即

　　　 (3)根據(jù)能量守恒，光子的能量一部分用于使氫原子電離，余下的為飛出后電子的動(dòng)能，即：

2、粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核結(jié)構(gòu)模型

　　　 (1)粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成

　　　 　①裝置：

　　　 　② 現(xiàn)象：

　　　 　　　 a. 絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)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(guò)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：

　　　　　　　 　由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會(huì)使粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過(guò)金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運(yùn)動(dòng)將不發(fā)生明顯改變。散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。

　　　 1911年，盧瑟福通過(guò)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(chēng)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)。

　　　 原子核半徑小于10^-14m，原子軌道半徑約10^-10m。

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(xiàn)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(guān)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。