人教版高中物理選修3-5知識點總結

1、人教版高中物理選修 3-5 知識點總結一量子論的建立黑體和黑體輻射（一）量子論1.創(chuàng)立標志： 1900 年普朗克在德國的物理年刊上發(fā)表論正常光譜能量分布定律的論文，標志著量子論的誕生。2.量子論的主要內(nèi)容：普朗克認為物質(zhì)的輻射能量并不是無限可分的，其最小的、不可分的能量單元即“能量子”或稱“量子”，也就是說組成能量的單元是量子。物質(zhì)的輻射能量不是連續(xù)的，而是以量子的整數(shù)倍跳躍式變化的。3.量子論的發(fā)展 1905 年，愛因斯坦獎量子概念推廣到光的傳播中，提出了光量子論。 1913 年，英國物理學家玻爾把量子概念推廣到原子內(nèi)部的能量狀態(tài)，提出了一種量子化的原子結構模型，豐富了量子論。到 1925

2、年左右，量子力學最終建立。4.量子論的意義與量子論等一起，引起物理學的一場重大革命，并促進了現(xiàn)代科學技術的突破性發(fā)展。量子論的革命性觀念揭開了微觀世界的奧秘，深刻改變了人們對整個物質(zhì)世界的認識。量子論成功的揭示了諸多物質(zhì)現(xiàn)象，如光量子論揭示了光電效應量子概念是一個重要基石，現(xiàn)代物理學中的許多領域都是從量子概念基礎上衍生出來的。量子論的形成標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界；同時，在量子論的基礎上發(fā)展起來的量子論學，極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學的發(fā)展。（二）黑體和黑體輻射1 熱輻射現(xiàn)象任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波，并且其輻射能量的大小及輻

3、射能量按波長的分布都與溫度有關。這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。 .物體在任何溫度下都會輻射能量。 .物體既會輻射能量，也會吸收能量。物體在某個頻率范圍內(nèi)發(fā)射電磁波能力越大，則它吸收該頻率范圍內(nèi)電磁波能力也越大。輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時溫度恒定不變。實驗表明：物體輻射能多少決定于物體的溫度（T）、輻射的波長、時間的長短和發(fā)射的面積。2. 黑體物體具有向四周輻射能量的本領，又有吸收外界輻射來的能量的本領。黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。3 實驗規(guī)律：1 ）隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有增加；2 ）隨著溫度的升高，輻射強度的

4、極大值向波長較短方向移動。二光電效應光子說光電效應方程1 、光電效應（ 1 ）光電效應在光（包括不可見光）的照射下，從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象稱為光電效應。（ 2）光電效應的實驗規(guī)律：裝置：任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應，低于極限頻率的光不能發(fā)生光電效應。光電子的最大初動能與入射光的強度無關，光隨入射光頻率的增大而增大。大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強度（反映單位時間發(fā)射出的光電子數(shù)的多少），與入射光強度成正比。 金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10 9 秒。2 、波動說在光電效應上遇到的困難波動說認為： 光的能量即光的強度是由光波的振幅決定

5、的與光的頻率無關。所以波動說對解釋上述實驗規(guī)律中的條都遇到困難3 、光子說（ 1 ）量子論： 1900 年德國物理學家普郎克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量E=hv（ 2 ）光子論： 1905 年受因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。即： E=hv其中 h 為普郎克恒量h=6.63 ×10 34JS4 、光子論對光電效應的解釋金屬中的自由電子，獲得光子后其動能增大，當功能大于脫出功時，電子即可脫離金屬表面，入射光的頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量才能越大，飛出時最大初功能

6、也越大。5 光電效應方程EKmhW0當 Vm=0時， n 為極限頻率n 0 ，n 0=W 0 /h三康普頓效應康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的結果，具體解釋如下：1. 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。3. 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關?？灯疹D效應說明光具有粒子性。四光的波粒二象性物質(zhì)波概率波不確定性關系光既表現(xiàn)出波動性，又表現(xiàn)出粒子性大量光子表現(xiàn)

7、出的波動性強，少量光子表現(xiàn)出的粒子性強；頻率高的光子表現(xiàn)出的粒子性強，頻率低的光子表現(xiàn)出的波動性強h實物粒子也具有波動性這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。hp從光子的概念上看，光波是一種概率波h不確定性關系：x p4五原子核式結構模型1 、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型：（ 1）電子的發(fā)現(xiàn)：1897 年英國物理學家湯姆生，對陰極射線進行了一系列的研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細結構，從而打破了原子不可再分的觀念。（ 2）湯姆生的原子模型：1903年湯姆生設想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷中。2 、粒子散射實驗和原子核結構模型（ 1

8、） 粒子散射實驗： 1909 年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成裝置： 現(xiàn)象：a. 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后， 仍沿原來方向運動， 不發(fā)生偏轉。b. 有少數(shù) 粒子發(fā)生較大角度的偏轉c.有極少數(shù)粒子的偏轉角超過了90 度，有的幾乎達到180 度，即被反向彈回。（ 2）原子的核式結構模型：由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會使粒子運動方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對粒子的運動產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運動將不發(fā)生明顯改變。散射實驗現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。1911

9、 年，盧瑟福通過對粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核， 稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉。原子核半徑小于10 -14 m ，原子軌道半徑約10 -10 m 。六氫原子光譜氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。1885年，巴耳末對當時已知的，在可見光區(qū)的14 條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長可以用一個公式表示：1R( 1212 )n 3,4,5,.2n107m 1巴耳末公式R=1.10里德伯常量除了巴耳末系， 后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫個光區(qū)的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。氫原子光譜是線狀譜

10、，具有分立特征，用經(jīng)典的電磁理論無法解釋。七原子的能級玻爾的原子模型（ 1）原子核式結構模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面）a. 電子繞核作圓周運動是加速運動，按照經(jīng)典理論， 加速運動的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波， 電子的能量就要不斷減少， 最后電子要落到原子核上， 這與原子通常是穩(wěn)定的事實相矛盾。b. 電子繞核旋轉時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核旋轉的頻率，隨著旋轉軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。（ 2 ）玻爾理論上述兩個矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學成就得到啟發(fā)，利用普朗克

11、的能量量了化的概念，提了三個假設：定態(tài)假設：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，電子雖然做加速運動，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。躍遷假設：原子從一個定態(tài)（設能量為E2 ）躍遷到另一定態(tài)（設能量為E1）時，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hv = E2- E1軌道量子化假設，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。即軌道半徑跟電子動量mv 的乘積等于h/2的整數(shù)倍，即：軌道半徑跟電了動量mv 的乘積等于h/的整數(shù)倍，即n 為正整數(shù)，稱量數(shù)數(shù)（ 3）玻爾的氫子模型：氫

12、原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設基礎上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學，計算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的熱能。）氫原子中電子在第幾條可能軌道上運動時，氫原子的能量En，和電子軌道半徑r n 分別為：EnE1n2 n1、2、3rn n2 r1其中 E1、r 1 為離核最近的第一條軌道（即 n =1 ）的氫原子能量和軌道半徑。即：E1= 13.6 ev,r 1=0.53 ×10 -10 m (以電子距原子核無窮遠時電勢能為零計算)氫原子的能級圖：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的

13、表示出來即能級圖。其中 n =1 的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2 以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。八原子核的組成原子核1 、天然放射現(xiàn)象（ 1 ）天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)： 1896 年法國物理學，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素天然放射現(xiàn)象：某種元素白發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象：表明原子核存在精細結構，是可以再分的（ 2 ）放射線的成份和性質(zhì)：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如圖（1）：性質(zhì)成份組成電離作用貫穿能力射線氦核組成的粒子流很

14、強很弱射線高速電子流較強較強射線高頻光子很弱很強2 、原子核的組成（ 1 ）原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子在原子核中：質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù)九原子核的衰變半衰期（ 1 ）衰變 ：原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒類型衰變方程規(guī)律衰變新核電荷數(shù)增加 1新核衰變質(zhì)量數(shù)不變射線是伴隨衰變放射出來的高頻光子流在衰變中新核質(zhì)子數(shù)多一個，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，即：（ 2 ）半衰期 ：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。一放射性

15、元素，測得質(zhì)量為m, 半衰期為T，經(jīng)時間t 后，剩余未衰變的放射性元素的質(zhì)量為tm m m0 ( 1) t 2十放射性的應用與防護放射性同位素人工放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素放射性同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素： 具有放射性的同位素叫放射性同位素。正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時，發(fā)生核反應。1934 年，約里奧·居里和伊麗芙·居里發(fā)現(xiàn)經(jīng)過粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷24 He 2713Al1530 P 01 n反應生成物P 是磷的一種同位素，自然界沒有天然的30 P ，它是通過核反應生成的人工放射15性同位素。發(fā)生 +

16、衰變，放出正電子與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：1 、放射強度容易控制2 、可以制成各種需要的形狀3 、半衰期更短4 、放射性廢料容易處理放射性同位素的應用1 、利用它的射線A 、由于射線貫穿本領強，可以用來射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫射線探傷儀B、利用射線的穿透本領與物質(zhì)厚度密度的關系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電D 、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等2 、作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.棉花在結桃、開花的時候需要較多

17、的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長時間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決放射性的防護（ 1）在核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄（ 2）用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里（ 3）在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源十一核力與結合能質(zhì)量虧損核力： 能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力1. 核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)。2. 核力是短程力

18、。約在10 -15 m 量級時起作用，距離大于0.8 ×10 -15 m 時為引力 , 距離為 10×10 -15 m 時核力幾乎消失，距離小于0.8 ×10 -15 m 時為斥力。3. 核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。4. 核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關。核越來越大，有些核子間的距離越來越遠。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。這時，如果不再成對地增加核子，而只增

19、加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力， 但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定。由于這個原因， 穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。結合能； 由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量這個能量叫做原子核的結合能比結合能： 結合能與核子數(shù)之比，稱做為比結合能。也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。質(zhì)量虧損： 原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結合成原子核時，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc 2式中 c 是真空中的光速， m 是物體的質(zhì)量， E 是物體的能量。核子在結合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損m ，正表明它們在互相結合過程中放出了能量E=m ·c2常用單位 :Dm 用“ u( 原子質(zhì)量單位 ) ”1u=1.660566×10- 27 kgE 用“ uc 2”1uc 2 =931.5MeV(表示 1u的質(zhì)量變化相當于931.5Me V的能量改變 )