物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)歸納.doc

物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)總結(jié)一、動(dòng)量守恒定律1、 動(dòng)量守恒定律的條件：系統(tǒng)所受的總沖量為零（不受力、所受外力的矢量和為零或外力的作用遠(yuǎn)小于系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力），即系統(tǒng)所受外力的矢量和為零。（碰撞、爆炸、反沖）注意：內(nèi)力的沖量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒沒(méi)有影響，但可改變系統(tǒng)內(nèi)物體的動(dòng)量。內(nèi)力的沖量是系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)量傳遞的原因，而外力的沖量是改變系統(tǒng)總動(dòng)量的原因。2、動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式 m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/ （規(guī)定正方向） p1=p2/ 3、某一方向動(dòng)量守恒的條件：系統(tǒng)所受外力矢量和不為零，但在某一方向上的力為零，則系統(tǒng)在這個(gè)方向上的動(dòng)量守恒。必須注意區(qū)別總動(dòng)量守恒與某一方向動(dòng)量守恒。4、碰撞（1）完全非彈性碰撞：獲得共同速度，動(dòng)能損失最多動(dòng)量守恒， ；（2）彈性碰撞：動(dòng)量守恒，碰撞前后動(dòng)能相等；動(dòng)量守恒， ；動(dòng)能守恒， ； 特例1：A、B兩物體發(fā)生彈性碰撞，設(shè)碰前A初速度為v0，B靜止，則碰后速度，vB=特例2：對(duì)于一維彈性碰撞，若兩個(gè)物體質(zhì)量相等，則碰撞后兩個(gè)物體互換速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）（3）一般碰撞：有完整的壓縮階段，只有部分恢復(fù)階段，動(dòng)量守恒，動(dòng)能減小。5、人船模型兩個(gè)原來(lái)靜止的物體（人和船）發(fā)生相互作用時(shí)，不受其它外力，對(duì)這兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，動(dòng)量守恒，且任一時(shí)刻的總動(dòng)量均為零，由動(dòng)量守恒定律，有mv = MV （注意：幾何關(guān)系） 二、量子理論的建立 黑體和黑體輻射1、量子理論的建立：1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)不可再分的能量值叫做能量子= h h為普朗克常數(shù)（6.6310-34J.S）2、黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。3、黑體輻射：黑體輻射的規(guī)律為：溫度越高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，同時(shí)，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象）三、光電效應(yīng) 光子說(shuō) 光電效應(yīng)方程 1、光電效應(yīng)（表明光子具有能量）（1）光的電磁說(shuō)使光的波動(dòng)理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步，但是它并不能解釋光電效應(yīng)的現(xiàn)象。在光（包括不可見(jiàn)光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。（實(shí)驗(yàn)圖在課本）（2）光電效應(yīng)的研究結(jié)果：新教材：存在飽和電流，這表明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；存在遏止電壓： ；截止頻率：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)；效應(yīng)具有瞬時(shí)性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9s。老教材：任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大；入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9s；當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。（3）光電管的玻璃泡的內(nèi)半壁涂有堿金屬作為陰極K（與電源負(fù)極相連），是因?yàn)閴A金屬有較小的逸出功。2、光子說(shuō)：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子被成為光子。3、光電效應(yīng)方程：EK = h- WO（掌握Ek/Uc圖象的物理意義）同時(shí)，h截止 = WO（Ek是光電子的最大初動(dòng)能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）四、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動(dòng)量）1、1918-1922年康普頓（美）在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)：光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可以使光的傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫光的散射。2、在光的散射過(guò)程中，有些散射光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)略大，這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。3、光子的動(dòng)量： p=h/五、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 不確定關(guān)系1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子，由于光既有波動(dòng)性，又有粒子性，只能認(rèn)為光具有波粒二象性。但不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為波動(dòng)性；光在傳播時(shí)顯示波動(dòng)性，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往顯示粒子性；頻率小波長(zhǎng)大的波動(dòng)性顯著，頻率大波長(zhǎng)小的粒子性顯著。（P41 電子干涉條紋對(duì)概率波的驗(yàn)證）2、光子的能量E=h，光子的動(dòng)量p=h/表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c。3、物質(zhì)波：1924年德布羅意（法）提出，實(shí)物粒子和光子一樣具有波動(dòng)性，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種與之對(duì)應(yīng)的波，波長(zhǎng)=h / p這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（P38 電子的衍射圖樣；電子顯微鏡的分辨率為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡）4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。六、原子核式模型機(jī)構(gòu)1、1897年湯姆生（英）發(fā)現(xiàn)了電子，提出原子的棗糕模型，揭開(kāi)了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。（誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了陰極射線？）2、1909年起英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福做了粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，即粒子散射實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)必修本P257）得到出乎意料的結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，少數(shù)粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180。（P53 圖）3、盧瑟福在1911年提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)：在原子的中心有一個(gè)很小的核 ，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。按照這個(gè)學(xué)說(shuō)，可很好地解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)還可以估計(jì)原子核的大?。〝?shù)量級(jí)為10-15m）和原子核的正電荷數(shù)。 原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。七、氫原子的光譜1、光譜的種類：（1）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。熾熱的固體、液體及高溫高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生連續(xù)光譜； 稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，不同元素的線狀譜線不同，又稱特征譜線。 （2）吸收光譜：連續(xù)譜線中某些頻率的光被稀薄氣體吸收后產(chǎn)生的光譜，元素能發(fā)射出何種頻率的光，就相應(yīng)能吸收何種頻率的光，因此吸收光譜也可作元素的特征譜線。2、氫原子的光譜是線狀的（這些亮線稱為原子的特征譜線），即輻射波長(zhǎng)是分立的。3、基爾霍夫開(kāi)創(chuàng)了光譜分析的方法：利用元素的特征譜線（線狀譜或吸收光譜）鑒別物質(zhì)的分析方法。八、原子的能級(jí)1、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾（矛盾為：a、原子是不穩(wěn)定的；b、原子光譜是連續(xù)譜），1913年玻爾（丹麥）在其基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出玻爾理論。2、玻爾理論的假設(shè)：（1）原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫做它的能級(jí)。原子處于最低能級(jí)時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫做基態(tài)；原子處于較高能級(jí)時(shí)電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)的這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。（2）原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為Em）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即 h = En - Em（能級(jí)圖見(jiàn)3-5第64頁(yè)）（3）原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。3、玻爾計(jì)算公式：rn =n2 r1 , En = E1/n2 (n=1,2,3)r1 =0.5310-10 m , E1 = -13.6eV ,分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。（選定離核無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零，電子從離核無(wú)限遠(yuǎn)處移到任一軌道上，都是電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，所以在任一軌道上，電子的電勢(shì)能都是負(fù)值，而且離核越近，電勢(shì)能越小。）4、從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。5、一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù)為N= 。6、玻爾模型的成功之處在于它引入了量子概念（提出了能級(jí)和躍遷的概念，能解釋氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)光的機(jī)理、氫原子的線狀譜），局限之處在于它過(guò)多地保留了經(jīng)典理論（經(jīng)典粒子、軌道等），無(wú)法解釋復(fù)雜原子的光譜。 7、現(xiàn)代量子理論認(rèn)為電子的軌道只能用電子云來(lái)描述。8、光譜測(cè)量發(fā)現(xiàn)原子光譜是線狀譜和夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子能量的量子化（即原子中分立能級(jí)的存在）九、原子核的組成1、1919年盧瑟福用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應(yīng)方程_。2、盧瑟福預(yù)想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子。查德威克經(jīng)過(guò)研究，證明：用天射線轟擊鈹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見(jiàn)的貫穿能力很強(qiáng)（10-20厘米的鉛板）的不帶電粒子，用其轟擊石蠟時(shí)，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，此貫穿能力極強(qiáng)的射線即為設(shè)想中的中子。核反應(yīng)方程_ _。3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。4、天然放射現(xiàn)象（1）人類認(rèn)識(shí)原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從天然放射現(xiàn)象開(kāi)始的。（2）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗居里和皮埃爾居里經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。（3）用磁場(chǎng)來(lái)研究放射線的性質(zhì)（圖見(jiàn)3-5第74頁(yè)）：射線帶正電，偏轉(zhuǎn)較小，粒子就是氦原子核，貫穿本領(lǐng)很小，電離作用很強(qiáng)，使底片感光作用很強(qiáng)；射線帶負(fù)電，偏轉(zhuǎn)較大，是高速電子流，貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)（幾毫米的鋁板），電離作用較弱；射線中電中性的，無(wú)偏轉(zhuǎn)，是波長(zhǎng)極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)（幾厘米的鉛板），電離作用很小。 十、原子核的衰變 半衰期1、原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?。在衰變中電荷?shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒。）。射線是伴隨射線或射線產(chǎn)生的，沒(méi)有單獨(dú)的衰變（衰變：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)。）。衰變舉例 ；衰變舉例 。2、半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，它是對(duì)大量原子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。N= ， m= 。十一、放射性的應(yīng)用與防護(hù) 放射性同位素1、放射性同位素的應(yīng)用：a、利用它的射線（貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學(xué)效應(yīng)）；b、做示蹤原子。2、放射性同位素的防護(hù)：過(guò)量的射線對(duì)人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對(duì)細(xì)胞核的破壞，因此，在使用放射性同位素時(shí)，必須注意人身安全，同時(shí)要放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源等的破壞。十二、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損1、由于核子間存在著強(qiáng)大的核力（核子之間的引力，特點(diǎn)：核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)短程力，其作用范圍為，只有相鄰的核子間才發(fā)生作用），所以核子結(jié)合成原子核（例_）或原子核分解為核子（例_ _）時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化。核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量叫原子核的結(jié)合能，亦稱核能。2、我們把核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式_，就是著名的質(zhì)能聯(lián)系方程，簡(jiǎn)稱質(zhì)能方程。 1u=_kg 相當(dāng)于_MeV （此結(jié)論在計(jì)算中可直接應(yīng)用）。十三、原子核的人工轉(zhuǎn)變?cè)雍嗽谄渌Ｗ拥霓Z擊下產(chǎn)生新核的過(guò)程，稱為核反應(yīng)（原子核的人工轉(zhuǎn)變）。在核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。 舉例：（1）如粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；（2）1934年，約里奧居里和伊麗芙居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)，除探測(cè)到預(yù)料中的中子外，還探測(cè)到了正電子。核反應(yīng)方程_ _這是第一次用人工方法得到放射性同位素。十四、重核的裂變 輕核的聚變1、凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時(shí)，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個(gè)核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。2、1938年德國(guó)化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變，即一個(gè)重核在俘獲一個(gè)中子后，分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程,這發(fā)現(xiàn)為核能的利用開(kāi)辟了道路。鈾