物理選修知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、高中物理選修3-5 一、動(dòng)量守恒定律 動(dòng)量守恒兩個(gè)物體組成的系統(tǒng) 系統(tǒng)總能量守恒 第一個(gè)過(guò)程動(dòng)量守恒三個(gè)物體組成的系統(tǒng) 第二個(gè)過(guò)程動(dòng)量守恒 系統(tǒng)總能量守恒二、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)（6.63×10-34J.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

2、克的能量子理論很好的解釋了黑體輻射）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,證明光具有粒子性）（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。（2）光電效應(yīng)的研究結(jié)果：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：Uce= EK；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。2、光子說(shuō)：光

3、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同時(shí)，h截止 = WO, Uce= EK四、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動(dòng)量,證明光具有粒子性）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/光子的能量= h波速公式c=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

4、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。2、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。3、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。4、不確定關(guān)系：xp(h/4)，x表示粒子位

5、置的不確定量，p表示粒子在x方向上的動(dòng)量的不確定量。 (粒子位置的不確定量x越小，粒子動(dòng)量的不確定量p越大，用單縫衍射進(jìn)行解釋） 六、原子核式模型機(jī)構(gòu)1、1897年湯姆孫（英）發(fā)現(xiàn)了電子，電子的發(fā)現(xiàn)證明原子可以再分. 湯姆孫提出原子的棗糕模型。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)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。3、盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)證明原子具有核式結(jié)構(gòu)：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

6、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)原子核的大小（數(shù)量級(jí)為10-15m）和原子核的正電荷數(shù)。七、氫原子的光譜1、光譜的種類(lèi)：（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、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

7、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)：氫原子的能級(jí)圖n E/eV 01 -13.62 -3.43 -1.514 -0.853E1E2E3（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)

8、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，（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 ¼)r1 =0.53´10-10 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

9、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)能越小動(dòng)能越大加速度越大周期減小。）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= N=n(n-1)/2。例一群氫原子處于量子數(shù)為n=4的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出6種不同頻率的光子.6、玻爾模型的成功之處在于它引

10、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N(yùn)+HeO+H2、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，證明中子的存在. 湯姆孫（英）發(fā)現(xiàn)了電子.核反應(yīng)方程Be+HeC+n3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，具有相同的質(zhì)

11、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）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，天然放射的現(xiàn)象證明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu).射線帶正電，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，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；射線中的電子是由原子核中的中子分裂產(chǎn)生的,不是核外電子射線中電中性的，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

12、（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UTh+He; 衰變舉例ThPa+e2、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)，半衰期是對(duì)大量原子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。， 。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)

13、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)合成原子核或原子核分解為核子時(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。比結(jié)合能越大,則原子核結(jié)合的越牢固.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 相當(dāng)于931.5MeV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)

14、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Al+HeP+n，PSi+e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，鈾核裂變的核反應(yīng)方程。例3、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過(guò)程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為使其容易發(fā)生，最好使用純鈾235。因