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近代物理
一、波粒二象性
1．光電效應
(1)光電效應的規律
①任何一種金屬都有一個截止頻率，低于這個截止頻率則不能發生光電效應．
②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大．
③光電效應的發生幾乎是瞬時的．
④大于截止頻率的光照射金屬時，光電流強度與入射光強度成正比．
(2)光電流與電壓的關系
給光電管加反向電壓時，隨電壓的增大，光電流逐漸減小，當電壓大于或等于遏止電壓時，光電流為0.如圖所示，給光電管加正向電壓時，隨電壓的增大光電流逐漸增大，當電壓增大到某一值時，光電流達到飽和值，再增大電壓，光電流不再增加．
2．光子說
(1)光子：在空間傳播的光是不連續的，而是一份一份的，每一份稱為一個光量子，簡稱光子．
(2)光子的能量：
E＝hν，h為普朗克常量，h＝6.63×10－34
J·s.每個光子的能量只取決于光的頻率．
3．光電效應方程
(1)最大初動能與入射光子頻率的關系：Ek＝hν－W0.
(2)若入射光子的能量恰等于金屬的逸出功W0，則光電子的最大初動能為零，入射光的頻率就是金屬的截止頻率．此時有hνc
＝W0，即νc＝，可求出截止頻率．
(3)Ek－ν曲線：如圖所示，由Ek＝hν－W0可知，橫軸上的截距是金屬的截止頻率或極限頻率，縱軸上的截距是金屬的逸出功的負值，斜率為普朗克常量h.
4．光的波粒二象性
實驗基礎
表現
光的波動性
干涉和衍射
①光是概率波，即光子在空間各點出現的概率可用波動規律來描述；②足夠數量的光子在傳播時，表現出波的性質.說明：光的波動性不同于宏觀概念的波
光的粒子性
光電效應和康普頓效應
①當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質；②少量或個別光子顯示出光的粒子性.說明：光子不同于宏觀概念的粒子
波動性和粒子性的對立與統一
①大量光子易顯示出波動性，而少量光子易顯示出粒子性；②波長長(頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高)的光粒子性強；③光子說并未否定波動性，光子能量E＝hν＝中，ν和λ就是與波有關的物理量；④波和粒子在宏觀世界是不能統一的，而在微觀世界卻是統一的
5.物質波(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動著的物體上去，得出物質波(德布羅意波)的概念：任何一個運動著的物體都有一種波與它對應，該波的波長λ＝.
二、原子的結構
1．原子的核式結構
(1)電子的發現
湯姆孫發現了電子，并提出了原子的棗糕式模型．
(2)α粒子散射實驗
1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，發現絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進，但有少數α粒子發生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來．為了解釋α粒子的大角度散射，盧瑟福提出了原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部正電荷和幾乎全部的質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉．
2．玻爾原子模型
(1)玻爾假說的內容
①軌道量子化：原子的不同能量狀態跟電子在不同的圓軌道繞核運動相對應．原子的定態是不連續的，因此電子的軌道也是不連續的．
②能量狀態量子化：原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些能量狀態中原子是穩定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量．
③躍遷假說：原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態的能量差決定，即hν＝Em－En.
(2)氫原子的能級結構及能級公式
①原子各定態的能量值叫原子的能級．對于氫原子，其能級公式為En＝，對應的軌道半徑公式為rn＝n2r1.其中，n為量子數，只能取正整數；E1＝－13.6
eV，r1＝0.53×10－10
m.
②原子的最低能量狀態為基態，對應電子在離核最近的軌道上運動；較高的能量狀態稱為激發態，對應電子在離核較遠的軌道上運動．氫原子的能級圖如圖所示．
(3)氫原子光譜
氫原子光譜的實驗規律：氫原子光譜線是最早被發現、研究的光譜線，這些光譜線可用一個統一的公式表示：＝R，式中R叫里德伯常量，R＝1.10×107
m－1，m＝1，2，3，…對每一個m，有n＝m＋1，m＋2，m＋3，…構成一個譜線系．
三、核反應
1．衰變：原子核自發地放出某種粒子而轉變成新核的變化．可分為α衰變、β衰變，并伴隨著γ射線放出．
2．α衰變和β衰變的比較
α衰變
β衰變
衰變方程
X→Y＋He
X→Y＋e
典例
U→Th＋He
Th→Pa＋e
衰變實質
2H＋2n→He
n→H＋e
衰變規律
電荷數守恒，質量數守恒
　　注意：γ射線是伴隨α衰變或β衰變產生的，不改變原子核的核電荷數和質量數，其實質是產生的某些新核由于具有過多的能量而輻射出的光子．
3．半衰期
(1)半衰期：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間．半衰期由原子核內部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態無關．
(2)半衰期公式：N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰變前放射性元素的原子數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，τ表示半衰期．
4．核反應類型
核反應有4種類型，即衰變、人工核轉變、聚變及裂變.4種核反應類型對比如下：
種類
可控性
核反應方程典例
衰變
α衰變
自發
U→Th＋He
β衰變
自發
Th→Pa＋e
人工轉變
人工控制
N＋He→O＋H(盧瑟福發現質子)eq
\b\lc\
(\a\vs4\al\co1(Al＋He→P＋n,P→Si＋e))(約里奧·居里夫婦發現放射性同位素，同時探測到正電子)
重核裂變
較容易人工控制
U＋n→Ba＋Kr＋3nU＋n→Xe＋Sr＋10n
輕核聚變
無法控制
H＋H→He＋n
　　注意：4種核反應都遵循質量數守恒和電荷數守恒的規律．
四、核能
1．核力及其特點
原子核里的核子間存在著相互作用的核力，核力把核子緊緊地束縛在核內，形成穩定的原子核．核力具有以下特點：
(1)核力是強相互作用(強力)的一種表現，在它的作用范圍內，核力比庫侖力大得多．
(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15
m之內．
(3)每個核子只跟相鄰的核子發生核力作用，這也稱為核力的飽和性．
2．結合能
(1)結合能：克服核力束縛，使原子核分解為單個核子時需要的能量，或若干個核子在核力作用下結合成原子核時放出的能量．
(2)比結合能：原子核的結合能與核子數之比，也叫平均結合能．比結合能越大，表示原子核、核子結合得越牢固，原子核越穩定．
3．質量虧損
(1)愛因斯坦質能方程：E＝mc2.
(2)質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子的質量之和的現象．
4．裂變與聚變
(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質量的核的反應過程．重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時發生鏈式反應，鈾塊的體積應大于它的臨界體積．
裂變的應用：原子彈、原子反應堆．
(2)輕核聚變：某些輕核結合成質量較大的核的反應過程，反應時釋放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必須達到幾百萬攝氏度以上的高溫，因此聚變反應又叫熱核反應．
聚變的應用：氫彈．
1．一群原子和一個原子：氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內，由某一軌道躍遷到另一軌道時，可能的情況只有一種，但如果容器中有大量氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現．
2．原子吸收能量后在能級間發生躍遷，則吸收的能量值是固定的；若原子吸收能量后發生電離，則吸收的能量值為不小于該能級能量值的任意值．
3．決定光電子初動能大小的是入射光的頻率，決定光電流大小的是入射光的強度．
4．核反應前后質量數守恒，但質量不守恒．

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