高二物理激光；原子核的组成粤教版知识精讲.doc

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高二物理激光；原子核的组成粤教版
【本讲教育信息】
一.教学内容：
1.激光
2.原子核的组成
3.放射性元素的衰变
4.探测射线的仪器和方法
5.放射性的应用与防护

二.知识归纳、总结：
（一）激光
1.自发发射
对于普通的光源，如我们熟悉的白炽灯，灯丝原子吸收了电流做功产生热而被激发到能量较高的状态，由于原子倾向处于能量低的基态，因此处于能量较高状态的原子是不稳定的，会自发地跃迁到较低的能量态，同时放出光子，这就是自发发射（如图所示）。

2.受激吸收
常温下处于热平衡状态的原子系统，多数原子都处在基态，如果一个入射光的能量恰好等于原子基态与某个激发态的能量差，那么原子就很容易吸收这个光子而跃迁到这个激发态上，这种跃迁不是自发产生的，是在入射光子的刺激下产生的，所以称为受激吸收（如图所示）。

3.受激发射
如果一个入射光子的能量正好等于原子的某一对能级的能量差E2-E1，那么处于激发态E2的原子就可能受到这个光子的刺激而跃迁到能量较低的状态E1，同时发射一个与入射光子完全相同的光子，这就是受激发射（如图所示）

4.粒子数反转
通常状态下多数原子处于基态，但是如果用一定的手段去激发原子体系，使得在激发态E2上的原子数多于低能态E1上的原子数，这种状态就叫做粒子数反转，是一种非热平衡的状态。
5.激光产生的机理
对于大多数处于基态的原子，一个入射光子引起的受激发射要比它被吸收的概率大得多，可以形象地说入射光被“放大”了。
但是，受激发射又使处于低能态的原子数增多，受激吸收的效应增强。为了避免这种情况，就需要用抽运装置不断地将回到低能状态的原子再激发到高能态，使上述受激发射的过程不断进行，形成光子的“雪崩”。这样输出的光就是大家都熟悉的激光。
6.激光器的原理
激光是由激光器产生的．激光器由三部分组成．
（1）激活介质，它能通过受激发射而使入射光放大。
（2）抽运装置，它是使激活介质产生粒子数反转的装置．抽运装置随激光器的类型而异．在固体激光器或染料激光器中采用光抽运，用脉冲光源去照射激活介质；在气体激光器中采用放电激励的手段．
（3）光学共振腔，激活介质放在其中，它能增加放大作用并对发射频率进行选择，如图所示中，反射镜m与半透镜m′，组成光学共振腔．

7.常见的两种激光器
（1）红宝石激光器：以红宝石(A12O3)作为激活介质的激光器，能发出波长为694.3nm的激光．
（2）氦氖激光器：以氦氖为激活介质的激光器最终能输出波长为632．8nm的红色激光．

（二）原子核的组成
1.天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现：铀和含铀的矿物发出一种看不见的射线，这种射线能穿透黑纸而使里面的底片感光，这种现象称为放射性现象，放射性——物质具有发射一些看不见的射线（通过射线与其他物质作用而表现出来）的性质叫放射性，具有放射性的元素叫做放射元素。
2.对放射线的研究
（1）研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质．
把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放着照相底片，在没有磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了．若在铅块和底片之间放一对磁极，使磁场方向跟射线方向垂直，结
果在底片上有三个地方感光了，说明在磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有的带电，有的不带电，如图所示，由三种粒子组成。

从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫射线；不偏转的射线叫射线．
（2）各种射线的性质、特性
<1>α射线：卢瑟福经研究发现，α射线粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，其速度是光速的1／10，有较大的动能．
特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途的空气电离．
<2>β射线：贝克勒尔证实，β射线是电子流，其速度可达光速的99％．
特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板．但电离作用较弱．
<3>射线是一种波长很短的电磁波——光子流，是能量很高的电磁波，波长<10-10m。
特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅．但电离作用最弱．
3.质子和中子的发现
（1）质子的发现
<1>1919年，卢瑟福又用粒子轰击氮，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷量与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子(p)，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．
<2>质子带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，质子的质量为mp＝1.6726231×10-27kg．
（2）中子的发现
<1>卢瑟福的预言
1920年卢瑟福提出了一种大胆的猜想：原子核内除了质子外，还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子，并认为这种不带电的中性粒子是由电子进入质子后形成的．
<2>查德威克发现
查德威克验证了他的老师卢瑟福