知识点11“基本”粒子
第六部分 近代物理
专题21 原子结构和波粒二象性
知识点1 黑体与黑体辐射
1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
2.黑体与黑体辐射
（1）黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
（2）黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
（3）黑体辐射的特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
3.黑体辐射的实验规律
（1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
（2）随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。
知识点2 普朗克理论
1.普朗克的假设：振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，即能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
2.能量子公式
。ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=
3.能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。
知识点3 光电效应及其实验规律
1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应。光电效应中发射出来的是电子。
2.光电效应的实验规律
（1）存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验表明，不同金属的截止频率不同。
（2）存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（3）存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc满足关系
。对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
（4）光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。
3.逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小是不相同的。
知识点4 爱因斯坦的光电效应理论
1.光子说
（1）内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子。
（2）光子能量：光子的能量只取决于光子的频率，即ε=hν。
2.爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0。
3.对光电效应方程的理解
（1）式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。
（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为E=hν的光子被电子所吸收，这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，剩余的能量就是电子离开金属表面时的动能。
（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件：若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于0，即hν＞W0，νc=
恰好是光电效应的截止频率。
4.与光电效应有关的图像问题
（1）最大初动能与入射光频率的关系：该图像对应的函数式
，图像与横轴的交点坐标为极限频率，图像是平行的，这是因为图线的斜率就是普朗克常量。
（2）光电流与电压的关系图像从图线①③可看出同种光照射同种金属板对应的反向遏止电压相同。而饱和光电流随入射光强度增大而增大；从图线①②可知，对于同种金属，入射光的频率越高，反向遏止电压越大。
知识点5 康普顿效应
1.光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的光现象。
2.康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长较长的成分，波长的改变与散射角有关。光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能会减小，则波长变大。
3.康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。
知识点6 光的波粒二象性
1.光既具有粒子性，又具有波动性，即光具有波粒二象性。
2.对光的波粒二象性的理解
（1）当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性；少量或个别光子容易显示出光的粒子性。
（2）足够多的光在传播时，表现出波动性；光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观概念的波。
知识点7 原子的核式结构模型
1.电子的发现
（1）阴极射线：玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而发出射线，这种射线被命名为阴极射线。
（2）电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙通过研究阴极射线，发现了电子。
2.α粒子散射实验：用α粒子轰击金箔，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度的偏转，极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。
3.原子的核式结构模型：卢瑟福认为在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外空间绕核运动，这就是原子的核式结构模型。
4.原子核的尺寸：原子半径的数量级为10-10 m，原子核的半径的数量级为10-15 m。
知识点8 光谱
1.定义：物质发出的光按波长（频率）展开，获得波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。
2.分类
（1）线状谱：有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫线状谱。
（2）连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。
3.特征光谱：气体中中性原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频率的光。不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。
4.光谱分析：利用原子的特征谱线鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
知识点9 氢原子光谱的实验规律
1.氢原子光谱的特点：氢原子光谱结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。
2.氢原子在可见光区的四条谱线，满足巴耳末公式：
（n=3，4，5，…），R∞叫作里德伯常数，
3.其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
知识点10 玻尔原子理论的基本假设
1.轨道量子化与定态
（1）电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
（2）原子的能量是量子化的。电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，这些量子化的能量值叫作能级（En）。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态（E1），其他的能量状态叫作激发态（E2，E3，…）。
2.频率条件
（1）电子在一系列定态轨道上运动，不会发生电磁辐射。
（2）当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为Em）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为En，m＞n）时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量
，该式被称为频率条件，又称辐射条件。
知识点11 玻尔理论对氢光谱的解释
1.解释巴耳末公式
（1）按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为
。
（2）巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2，并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好。
（3）波尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系。
2.氢原子能级图
（1）能级图中n称为量子数，En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。
（2）能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。
（3）光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的能量hν=Em-En。
（4）原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能。
知识点12 粒子的波动性
1.物质波：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫作物质波。
2.粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：p=
专题22 原子核
知识点1 天然放射现象(https://www.daowen.com)
1.定义：物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。
2.三种射线：α射线、β射线、γ射线。
（1）α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的
，其电离能力强，穿透能力较差。
（2）β射线：是高速电子流，速度可达光速的99%，穿透能力较强，电离能力较弱。
（3）γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，电离作用最弱，但穿透能力最强。
3.射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。
知识点2 原子核的组成
1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，质子是原子核的组成部分。
2.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
3.原子核的符号和数量关系
（1）符号：
。
（2）基本关系：
①电荷数Z=质子数=原子序数=核外电子数。
②质量数A=核子数=质子数+中子数。
4.同位素：具有相同的质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素。
知识点3 原子核的衰变
1.定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。这种变化称为原子核的衰变。
2.衰变规律：电荷数守恒、质量数守恒。
3.放射性元素的衰变
①α衰变：原子核放出α粒子的衰变叫α衰变，衰变方程为
②β衰变：原子核放出β粒子的衰变叫β衰变，衰变方程为
。β衰变的实质为原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子
③衰变产生的新核处于高能级，它要向低能级跃迁，放出γ光子，所以γ射线经常伴随α衰变和β衰变产生的。
4.衰变规律
（1）原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
（2）任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
知识点4 半衰期
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2.决定因素
（1）对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是升温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
（2）半衰期是一种统计规律。对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量或个别的原子核发生衰变，该统计规律不再适用。
，其中τ为半衰期。
知识点5 核反应和人工放射性同位素
1.核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。
2.原子核人工转变的三大发现
（1）1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：
（2）1932年查德威克发现中子的核反应方程：
（3）1934年约里奥-居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：
3.放射性同位素
（1）定义：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。
（2）应用：射线测厚仪，放射治疗，培优、保鲜，示踪原子等。
知识点6 核力与四种基本相互作用
1.四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。
2.核力：原子核内核子之间的相互作用力。
3.核力的特点
（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现，原子核内，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）核力的饱和性，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。
知识点7 结合能
1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。
2.比结合能：原子核的结合能与核子数之比被称为比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
知识点8 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叫作质量亏损。
3.亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE=Δmc2。
知识点9 核裂变
1.定义：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。
2.链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。
3.链式反应发生的条件：铀块的体积大于临界体积。
4.常见的裂变方程
5.裂变反应的能量：一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t 标准煤完全燃烧释放的能量。
知识点10 核聚变与受控热核反应
1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应。
2.核聚变发生的条件
轻核的距离要达到10-15 m 以内。
3.举例：
4.太阳能：太阳的主要成分是氢，太阳中心温度可达1.6×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部核聚变释放的核能。
5.受控热核反应
（1）聚变的优点
第一：轻核聚变产能效率高。
第二：地球上聚变燃料的储量丰富。
第三：轻核聚变更为安全、清洁。
（2）聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
（3）控制方法：磁约束和惯性约束。
知识点11“基本”粒子
1.“基本粒子”不基本
（1）直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子。
（2）随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构。
2.发现新粒子
（1）新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子。
（2）反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。如正电子、反质子。
3.粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。
4.夸克模型
（1）1964年，美国物理学家盖尔曼提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的，带电荷量为±
e或±
e。
（2）夸克的种类：上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t）。
（3）夸克所带电荷量：电荷量为元电荷的-
或+
。每种夸克都有对应的反夸克。
（4）意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。