《近代物理总复习》课件

近代物理总复习课程大纲第一章绪论第二章波粒二象性近代物理的发展历程和基本内容黑体辐射、光电效应、康普顿效应、德布罗意波第三章原子模型与量子机械第四章原子核结构原子的发展史、波函数和薛定谔方程、量子数和电子云图、原子核基本性质、原子核的组成和结构、核外力、放射性衰电子自旋和磁矩变定律第五章核反应第六章粒子物理基础核裂变和核聚变、核电站原理、核武器原理基本粒子和基本相互作用、简单粒子模型、夸克模型、统一场论初探第一章绪论本章将介绍近代物理学的基本概念和发展历程首先，我们将回顾近代物理学产生的背景和重要意义，探讨经典物理学面临的局限性以及近代物理学研究的对象和方法接着，我们将简要概述近代物理学的主要分支，例如量子力学、相对论、核物理学和粒子物理学，并阐述它们在科学和技术领域的重要应用近代物理的发展历程世纪末191经典物理学无法解释一些现象，如黑体辐射、光电效应等世纪初202普朗克提出量子假说，爱因斯坦解释光电效应，标志着量子力学的诞生世纪中期203原子核物理学、粒子物理学蓬勃发展，核能应用和核武器研制取得巨大进展世纪末至今204粒子物理学继续深入探索基本粒子，并致力于建立统一的物理理论近代物理的基本内容相对论量子力学12爱因斯坦提出的狭义相对论和量子力学揭示了微观世界的本广义相对论，颠覆了传统的时质，解释了光的波粒二象性、空观，深刻地改变了人们对宇原子的结构等重要问题宙的认识原子核物理粒子物理34原子核物理研究原子核的结构粒子物理探索物质最基本的构和性质，以及核反应过程，对成单元和它们之间的相互作用核能的开发和利用具有重要意，为我们理解宇宙的起源和演义化提供了重要线索第二章波粒二象性光电效应德布罗意波光具有粒子性，光子能量与频率成物质也具有波动性，波长与动量成正比反比黑体辐射及量子论黑体辐射量子论任何物体在一定温度下都会辐射电磁波，这种现象称为热辐射为了解释黑体辐射的实验现象，普朗克提出了量子化假设，即能量并非连续变化的，而是以最小单位（量子）的形式存在的黑体是指能够完全吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并同时辐射出所有波长的电磁波的理想物体量子论认为，光的能量是量子化的，光子的能量与其频率成正比光电效应光电效应频率当光照射到金属表面时，金属中的电光电效应只有当光频率大于金属的截子吸收光子能量，可能逸出金属表面止频率时才会发生，形成光电流能量光电子动能与入射光频率成线性关系，与光强度无关康普顿效应现象解释应用当X射线或γ射线照射到物质上时，一部分康普顿效应证明了光具有粒子性，光子与康普顿效应广泛应用于X射线物理学、材光子会发生散射，且散射光子能量降低，电子发生碰撞，光子会失去一部分能量给料科学和医学等领域波长变长电子德布罗意波物质波假设实验证据意义123法国物理学家德布罗意提出物质波戴维森-革末实验和汤姆孙实验验物质波的概念拓展了人们对物质的的概念，认为一切物质都具有波动证了电子的波动性，证实了德布罗认识，为量子力学的发展奠定了基性，并推导出物质波波长与动量之意波的正确性础间的关系第三章原子模型与量子机械原子结构量子力学原子是由原子核和电子组成原子量子力学是描述微观世界的一种理核带正电荷，电子带负电荷论，它解释了原子和分子的性质和行为原子的发展史量子力学模型1描述了电子在原子核周围的概率分布玻尔模型2提出电子在原子核外以特定轨道运动卢瑟福模型3提出原子核位于原子中心，电子绕核运动汤姆逊模型4原子是一个带正电的球体，带负电的电子均匀分布其中波函数及薛定谔方程波函数薛定谔方程描述微观粒子运动状态的函数描述波函数随时间变化的方程量子数与电子云图主量子数角量子数磁量子数自旋量子数n lml ms描述电子的能级，n=1,2,3,...描述电子轨道的形状，描述原子轨道在空间的取向，描述电子的内禀角动量，，越大，能级越高，分，或，表示电子自n l=0,1,2,...,n-1l=0,1,2ml=-l,-l+1,...,0,...,l-1,l ms=+1/2-1/2别对应s轨道、p轨道、d轨道每个l值有2l+1个ml值，表示旋的方向轨道在空间中的不同取向电子自旋与磁矩自旋角动量磁矩电子除了轨道角动量外，还具有自旋角动量使电子产生磁矩，是自旋角动量，是电子内禀性质电子磁性的来源自旋量子数自旋角动量的大小用自旋量子数表示，值为1/2第四章原子核结构原子核是原子中带正电荷的中心部分，它由质子和中子组成原子核的结构决定了元素的性质和稳定性，并影响着核反应的发生原子核基本性质质量电荷大小稳定性原子核的质量集中在原子核原子核带正电，电荷量等于原子核的尺度远小于原子尺原子核的稳定性取决于核内中，几乎等于原子的质量核内质子数乘以基本电荷度，一般在10^-15米量级质子和中子的比例，以及核力的大小原子核的组成和结构质子和中子强相互作用原子核是由质子和中子组成的，核子之间存在着强大的吸引力，它们被称为核子被称为强相互作用，它克服了质子之间的电磁排斥力，使原子核稳定存在核模型科学家们提出了各种核模型来描述原子核的结构，例如液滴模型和壳层模型核外力强相互作用力弱相互作用力核外力是一种短程力，只作用于核子弱相互作用力是导致放射性衰变的主之间，它将核子紧紧束缚在原子核内要原因，它比强相互作用力弱很多，但作用范围更大电磁相互作用力电磁相互作用力存在于带电粒子之间，影响着原子核的稳定性放射性衰变定律衰变速率衰变类型衰变规律放射性物质的衰变速率与该物质的原子常见的衰变类型包括衰变、衰变和衰衰变定律可以用数学公式描述，可以用αβγ核数目成正比，可以用半衰期来描述变，每种衰变都涉及不同的粒子发射来预测放射性物质的衰变过程第五章核反应核裂变核聚变重核在中子轰击下分裂成两个中等轻核在高温高压下发生聚合反应，质量的核，并释放出巨大的能量生成质量更大的核，并释放出巨大的能量核裂变和核聚变核裂变核聚变原子核分裂成两个或多个较轻的原子核，并释放巨大的能量两个或多个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，并释放巨大的能量核电站原理核裂变热能转化12核电站利用铀等放射性物质的裂变产生的热能通过冷却剂转核裂变反应释放的能量发电化为蒸汽，驱动汽轮机发电3汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能核武器原理核裂变核聚变重核原子核在中子的轰击下分裂轻核原子核在高温高压下发生聚成两个中等质量的原子核，并释合反应，生成较重的原子核，并放出巨大的能量释放出巨大的能量链式反应核裂变或核聚变产生的中子继续轰击其他原子核，引发新的裂变或聚变反应，形成链式反应，释放出巨大的能量第六章粒子物理基础基本粒子基本相互作用电子、质子、中子等强力、弱力、电磁力、引力基本粒子和基本相互作用夸克轻子构成质子和中子的基本粒子不参与强相互作用，包括电子、子μ和子等τ基本相互作用强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用简单粒子模型夸克模型轻子模型描述强子结构的模型描述参与弱相互作用的轻子的模型中间玻色子模型描述传递弱相互作用力的中间玻色子的模型夸克模型上夸克下夸克奇异夸克粲夸克电荷为，质量约为电荷为，质量约为电荷为，质量约为电荷为，质量约为+2/

32.3-1/

34.8-1/395+2/

31.275MeV/c²MeV/c²MeV/c²GeV/c²统一场论初探基本相互作用广义相对论弦理论试图将所有已知基本相互作用（强相互将引力解释为时空弯曲，但与量子力学将基本粒子视为振动的弦，试图统一所作用、弱相互作用、电磁相互作用和引存在冲突有基本相互作用，但仍处于理论研究阶力相互作用）统一在一个框架中段总结与展望近代物理是物理学的重要分支，它为我们打开了理解宇宙奥秘的大门从量子力学到核物理，再到粒子物理，近代物理不断发展，并取得了巨大的成就。