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近代物理
一、波粒二象性
1．光电效应
(1)光电效应的规律
①任何一种金属都有一个截止频率，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．
③光电效应的发生几乎是瞬时的．
④大于截止频率的光照射金属时，光电流强度与入射光强度成正比．
(2)光电流与电压的关系
给光电管加反向电压时，随电压的增大，光电流逐渐减小，当电压大于或等于遏止电压时，光电流为0.如图所示，给光电管加正向电压时，随电压的增大光电流逐渐增大，当电压增大到某一值时，光电流达到饱和值，再增大电压，光电流不再增加．
2．光子说
(1)光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光量子，简称光子．
(2)光子的能量：
E＝hν，h为普朗克常量，h＝6.63×10－34
J·s.每个光子的能量只取决于光的频率．
3．光电效应方程
(1)最大初动能与入射光子频率的关系：Ek＝hν－W0.
(2)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0，则光电子的最大初动能为零，入射光的频率就是金属的截止频率．此时有hνc
＝W0，即νc＝，可求出截止频率．
(3)Ek－ν曲线：如图所示，由Ek＝hν－W0可知，横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率，纵轴上的截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h.
4．光的波粒二象性
实验基础
表现
光的波动性
干涉和衍射
①光是概率波，即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述；②足够数量的光子在传播时，表现出波的性质.说明：光的波动性不同于宏观概念的波
光的粒子性
光电效应和康普顿效应
①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；②少量或个别光子显示出光的粒子性.说明：光子不同于宏观概念的粒子
波动性和粒子性的对立与统一
①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性；②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强；③光子说并未否定波动性，光子能量E＝hν＝中，ν和λ就是与波有关的物理量；④波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的
5.物质波(德布罗意波)
由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波(德布罗意波)的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ＝.
二、原子的结构
1．原子的核式结构
(1)电子的发现
汤姆孙发现了电子，并提出了原子的枣糕式模型．
(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，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．为了解释α粒子的大角度散射，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部正电荷和几乎全部的质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
2．玻尔原子模型
(1)玻尔假说的内容
①轨道量子化：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的轨道也是不连续的．
②能量状态量子化：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．
③跃迁假说：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＝Em－En.
(2)氢原子的能级结构及能级公式
①原子各定态的能量值叫原子的能级．对于氢原子，其能级公式为En＝，对应的轨道半径公式为rn＝n2r1.其中，n为量子数，只能取正整数；E1＝－13.6
eV，r1＝0.53×10－10
m.
②原子的最低能量状态为基态，对应电子在离核最近的轨道上运动；较高的能量状态称为激发态，对应电子在离核较远的轨道上运动．氢原子的能级图如图所示．
(3)氢原子光谱
氢原子光谱的实验规律：氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示：＝R，式中R叫里德伯常量，R＝1.10×107
m－1，m＝1，2，3，…对每一个m，有n＝m＋1，m＋2，m＋3，…构成一个谱线系．
三、核反应
1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变、β衰变，并伴随着γ射线放出．
2．α衰变和β衰变的比较
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→Y＋e
典例
U→Th＋He
Th→Pa＋e
衰变实质
2H＋2n→He
n→H＋e
衰变规律
电荷数守恒，质量数守恒
　　注意：γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的，不改变原子核的核电荷数和质量数，其实质是产生的某些新核由于具有过多的能量而辐射出的光子．
3．半衰期
(1)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．
(2)半衰期公式：N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
4．核反应类型
核反应有4种类型，即衰变、人工核转变、聚变及裂变.4种核反应类型对比如下：
种类
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
U→Th＋He
β衰变
自发
Th→Pa＋e
人工转变
人工控制
N＋He→O＋H(卢瑟福发现质子)eq
\b\lc\
(\a\vs4\al\co1(Al＋He→P＋n,P→Si＋e))(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时探测到正电子)
重核裂变
较容易人工控制
U＋n→Ba＋Kr＋3nU＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
无法控制
H＋H→He＋n
　　注意：4种核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．
四、核能
1．核力及其特点
原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．核力具有以下特点：
(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15
m之内．
(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这也称为核力的饱和性．
2．结合能
(1)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．
(2)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能．比结合能越大，表示原子核、核子结合得越牢固，原子核越稳定．
3．质量亏损
(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc2.
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．
4．裂变与聚变
(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．
裂变的应用：原子弹、原子反应堆．
(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，反应时释放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．
聚变的应用：氢弹．
1．一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一轨道时，可能的情况只有一种，但如果容器中有大量氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．
2．原子吸收能量后在能级间发生跃迁，则吸收的能量值是固定的；若原子吸收能量后发生电离，则吸收的能量值为不小于该能级能量值的任意值．
3．决定光电子初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光的强度．
4．核反应前后质量数守恒，但质量不守恒．

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