物理选修3-5知识点归纳

精品文档 1欢迎下载 物理选修物理选修 3 53 5 知识点总结知识点总结 1 量子理论的建立量子理论的建立 黑体和黑体辐射 黑体和黑体辐射 1 1 黑黑体体 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 2 2 黑黑体体辐辐射射 黑体辐射的规律为 温度越高各种波长的辐射强度都增加温度越高各种波长的辐射强度都增加 同时 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 普朗克的能量子理 论很好的解释了这一现象 3 3 量量子子理理论论的的建建立立 1900 年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值 的整数倍 这个不可再分的能量值 叫 做能量子 h h h 为普朗克常数 6 63 10 34J S 二 光电效应二 光电效应 光子说光子说 光电效应方程光电效应方程 1 1 光光电电效效应应 表表明明光光子子具具有有能能量量 1 光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步 但是它并不能解释光电效应的现象 在光 包括不可见光 的照射下从物体发射出 电子的现象叫做光电效应 发射出来的电子叫光电子 2 光电效应的研究结果 存在饱和电流 这表明入射光越强 单位时间内发射的光电子数越多 存在遏止电压 当所加电压 U 为 0 时 电流 I 并不为 0 只有施加反 向电压 也就是阴极接电源正极阳极接电源负极 在光电管两级形成使电子减速的电场 电流才可能为 0 使光电流减小到 0 的反向电压 Uc 称为遏止电压 E Ek k eU eUc c 遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度 截止频率 光电子的能量与入射光的频率有关 而与入射光的强 弱无关 当入射光的频率高于截止频率时才能发生光电效应 v vc c w w0 0 h h 光电效应具有瞬时性 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过 10 9s 规律 规律 任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率入射光的频率必须大于这个极限频率 才能产生光电效应 低于这个频率的光不能产生光电效应 光电子的最大初动能与入射光的强度无关光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光频率的增大增大而增大增大 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的光电子的发射几乎是瞬时的 一般 不超过 10 9s 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 1 1 判断和描述时应理清三个关系 判断和描述时应理清三个关系 光电效应的实质 单个光子与单个电子间相互作用产生的 光电子的最大初动能的来源 金属表面的自由电子吸收光子后克服逸 出功逸出后具有的动能 入射光强度与光电流的关系 当入射光的频率大于极限频率时光电流 的强度与入射光的强度成正比 2 2 定量分析时应抓住三个关系式 定量分析时应抓住三个关系式 爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0 最大初动能与遏止电压的关系 Ek eUc 逸出功与极限频率的关系 W0 h 0 2 光光子子说说 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的 频率为 的光的能量子为 h 这些能量子被成为光子 3 3 光光电电效效应应方方程程 E EK K h h W WO O h 截止 WO Ek是光电子的最大初动能 最大初动能 W0是逸出功 即从金属表金属表 面面直接飞出的光电子克服电荷引力所做的功 三 康普顿效应 表明光子具有动量 三 康普顿效应 表明光子具有动量 1 1 1918 1922 年康普顿 美 在研究石墨对 X 射线的散射时发现 光子在介质中和物质微粒相互作用 可以使光的传播方向发生改变 这种现象 叫光光的的散散射射 2 2 在光的散射过程中 有些散射光的波长比入射光的波长略大大 这种现象叫康康普普顿顿效效应应 3 3 光光子子的的动动量量 p h p h 四 光的波粒二象性四 光的波粒二象性 物质波物质波 概率波概率波 不确定关系不确定关系 1 1 光光的的波波粒粒二二象象性性 干涉 衍射和偏振干涉 衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波 光电效应和康普顿效应光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子 由于 光既有波动性 又有粒子性 只能认为光具有波粒二象性 但不可把光当成宏观观念中的波 也不可把光当成宏观观念中的粒子 少量的光少量的光 子表现出粒子性 大量光子运动表现为波动性 光在传播时显示波动性 与物质发生作用时 往往显示粒子性 频率小波长大的波动性显著 子表现出粒子性 大量光子运动表现为波动性 光在传播时显示波动性 与物质发生作用时 往往显示粒子性 频率小波长大的波动性显著 频率大波长小的粒子性显著 频率大波长小的粒子性显著 2 2 光光子子的的能能量量E h 光光子子的的动动量量p h 表示式也可以看出 光的波动性和粒子性并不矛盾 表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表 示波的特征的物理量 频率 和波长 由以上两式和波速公式 c 还可以得出 E p c 3 3 物物质质波波 1924 年德布罗意德布罗意 法 提出 实物粒子和光子一样具有波动性 任何一个运动运动着的物体都有一种与之对应的波 波长 h h p p 这种波叫物质波 也叫德布罗意波 电子的衍射图样 电子显微镜的分辨率为何远远高于光学显微镜 4 4 概概率率波波 了了解解 从光子的概念上看 光波是一种概率波 5 5 不不确确定定关关系系 了了解解 x p h 4 x 表示粒子位置的不确定量 p 表示粒子在 x 方向上的动量的不确定量 五 原子核式模型机构五 原子核式模型机构 1 1 1897 年汤姆孙 英 发现了电子汤姆孙 英 发现了电子 提出原子的枣糕模型 揭开了研究原子结构的序幕 原子可再分 原子结构的序幕 原子可再分 谁发现了阴极射线 是汤姆孙吗 2 2 1909 年起英国物理学家卢瑟福做了 粒子轰击金箔的实验 即 粒子散射实验 得到出乎意料的结果 绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原 来的方向前进 少数少数 粒子却发生了较大的偏转 并且有极少数 粒子偏转角超过了 90 有的甚至被弹回甚至被弹回 偏转角几乎达到 180 精品文档 2欢迎下载 P P53 53 图 图 3 3 卢瑟福在 1911 年提出原子的核式结构原子的核式结构学说 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 原子的全部正电荷全部正电荷和几乎全部质量几乎全部质量都集中在原子 核里 带负电的电子在核外空间里绕着核旋转 按照这个学说 可很好地解释 粒子散射实验结果 粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小 数量级为 10 15m 和原子核的正电荷数 原子序数原子序数 核电荷数核电荷数 质子数质子数 核外电子数核外电子数 六 氢原子的光谱六 氢原子的光谱 1 1 光光谱谱的的种种类类 1 发射光谱 物质发光直接产生的光谱 炽热的固体 液体及高温高压气体发光产生连续光谱 稀薄气体发光产生线状谱 不同元素的线状谱线不同 又称特征谱线 2 吸收光谱 连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱 元素能发射出何种频率的光 就相应能吸收何种频率的光 因此吸收 光谱也可作元素的特征谱线 2 2 氢氢原原子子的的光光谱谱是是线线状状的的 这这些些亮亮线线称称为为原原子子的的特特征征谱谱线线 即辐射波长是分立分立的 3 3 基基尔尔霍霍夫夫开开创创了了光光谱谱分分析析的的方方法法 利用元素的特征谱线 线状谱或吸收光谱 鉴别物质的分析方法 七 原子的能级七 原子的能级 1 1 卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾 矛盾为 a 原子是不稳定的 b 原子光谱是连续谱 1913 年玻尔 丹麦 在其基础上 把普朗克的量子理论运用到原子系统上 提出玻尔理论 2 2 玻玻尔尔理理论论的的假假设设 1 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫做定态 氢原子的各个定态的能量值 叫做它的能级 原子处于最低能级时电子在离核最近的轨道上运动 这种定态叫做基态基态 原子处于较高能级时 电子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态 2 原子从一种定态 设能量为 En 跃迁到另一种定态 设能量为 Em 时 它辐射 或吸收 一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的 能量差决定 即 h h E En n E Em m 能级图见 3 5 第 58 页 3 原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续不连续的 因此电子的可能轨道的分布也是不连续不连续的 3 3 玻玻尔尔计计算算公公式式 rn n2 r1 En E1 n2 n 1 2 3 r1 0 53 10 10 m E1 13 6eV 分别代表第一条 即离核最近的离核最近的 可能轨道的半径 和电子在这条轨道上运动时的能量 4 4 从高能级向低能级跃迁时放出光子 从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子 也可能是由于碰撞 碰撞时实物粒子的动能可全部或部分地 被电子吸收 原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子 而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率 的光子 光电效应 5 5 一群氢原子处于量子数为 n 的能级时 n 1 可能辐射出的光谱线条数为 N n n 1 2 6 6 玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念 提出了能级和跃迁的概念 能解释气体导电时发光的机理 氢原子的线状谱 局限之处在于 它过多地保留了经典理论 经典粒子 轨道等 无法解释复杂原子的光谱 7 7 现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述 8 8 可见光 hv 能量范围 红 紫 1 61eV 3 10eV 氢原子能级 3 跃迁到 2 放出红光 4 跃迁到 2 放出蓝光 八 原子核的组成八 原子核的组成 1 1 天天然然放放射射现现象象 1 天然放射现象能够说明原子核有复杂结构和它的变化规律原子核有复杂结构和它的变化规律 2 1896 年贝克勒耳发现放射性 在他的建议下 玛丽 居里和皮埃尔 居里经过研究发现了新元素钋和镭 三种射线在磁场 电场中的运动轨迹 3 三种射线的性质 射线带正电 粒子就是高速 0 1C 的氦原子核 贯穿本领很小 电离作用很强 射线带负电 是高速 0 99C 电子流 贯 穿本领很强 几毫米的铝板 电离作用较弱 射线中电中性的 是波长极短的电磁波 贯穿本领最强 几厘米的铅板 电离作用 很小 2 原子核的衰变 半衰期 1 1 原原子子核核由由于于放放出出某某种种粒粒子子而而转转变变为为新新核核的的变变化化叫叫做做原原子子核核的的衰衰变变 在衰变中电荷数和质量数都是守恒的 注意 质量并不守恒 射线是 伴随伴随 射线或 射线产生的 没有单独的 衰变 衰变 原子核原子核处于较高能级较高能级 辐射光子后跃迁到低能级 衰变衰变 核内 2 个中子和 2 个质子能十分紧密地结合在一起 在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来 于是 放射 性元素就发生了 衰变 例 本质方程 衰变衰变 核内的中子转化成了一个质子和一个电子 电子放射到核外 质子留在新核中 例 本质方程 2 2 半半衰衰期期 放射性元素的原子核有半数发生衰变原子核有半数发生衰变需要的时间 放射性元素衰变的快慢是由核内部核内部本身的因素决定 与原子所处的物理状态或化 学状态无关 它是对大量原子的统计规律对大量原子的统计规律 3 3 原子核的人工转变原子核的人工转变 原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程 称为核反应 原子核的人工转变 在核反应中电荷数和质量数都是守恒的 a 1919 年卢瑟福用 粒子轰击氮原子核发发现现质质子子即氢原子核 核反应方程 第一次实现人工转变 b 卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子 即中中子子 查德威克经过研究发现中子 核反应方程 c 质质子子和和中中子子统统称称核核子子 原子核的电荷数等于其质子数 原子核的质量数等于其质子数与中子数的和 具有相同质子数的原子属于同一种元素 具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素 d 1934 年 约里奥 居里和伊丽芙 居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时 除探测到预料中的中子外 还探测到了正电子正电子 核反应方程 HeThU 4 2 234 90 238 92 HeHn 4 2 1 1 1 0 22 ePaTh 0 1 234 91 234 90 eHn 0 1 1 1 1 0 精品文档 3欢迎下载 这是第一次用人工方法得到放射性同位素 这是第一次用人工方法得到放射性同位素 人人工工放放射射性性同同位位素素的的 优优点点 a 人工放射性同位素的放射强度容易控制 b 半衰期比天然放射性物质短得多 废料容易处理 放放射射性性同同位位素素的的应应用用 利用它的射线 贯穿本领 电离作用 物理和化学效应 a 工业探伤 测厚度 b 医疗上放射治疗 c 照射种子 使 遗传基因变异 培育优良品种 d 做示踪原子 4 4 核力与结合能 核力与结合能 质量亏损质量亏损 A A 原原子子核核能能够够存存在在是是 由由于于核核子子间间存存在在着着强强大大的的核核力力 核力的特点 核力是强相互作用 在原子尺度内 核力比库仑力大得多 核力是短程力 其作用范围为 1 5 10 15m 0 8 10 15m 内为表现为引 力 0 8 10 15m 外表现为斥力 超出 1 5 10 15m 急剧下降 每个核子只跟邻近邻近的核子发生核力作用 B B 自然界中较轻的原子核 质子数与中子数大致相等 对于较重的原子核 中子数大于质子数 越重的元素 两者相差越多 C C 结合能 结合能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能 核能 D D 比结合能 比结合能 结合能与核子数之比 比结核能比结核能越大 原子核中核子结合的越牢固 原子核越稳定 越大 原子核中核子结合的越牢固 原子核越稳定 F F 我们把核子结合生成原子核 所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些 这种现象叫做质量亏损 爱因斯坦在相对论中得出物 体的质量和能量间的关系式 E mcE mc2 2 就是著名的质能方程 5 5 重核的裂变 重核的裂变 轻核的聚变轻核的聚变 1 1 凡凡是是释释放放核核能能的的核核反反应应都都有有质质量量亏亏损损 核子组成不同的原子核时 平均每个核子的质量亏损是不同的 所以各种原子 核中核子的平均质量不同 核子平均质量小的 每个核子平均放的能多 铁原子核中核子的平均质量最小 所以铁 原子核最稳定 凡是由平均质量大的核 生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的凡是由平均质量大的核 生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的 2 2 1938 年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重重核核裂裂变变 即一个重核在俘获一个中子后 分裂成几个中等质量的核的反应过程 这个发现为核 能的利用开辟了道路 铀核裂变的核反应方程 U n Ba Kr 3 n 235921 01415692361 0 3 3 由由于于中中子子的的增增殖殖使使裂裂变变反反应应能能持持续续地地进进行行的的过过程程称称为为链链式式反反应应 为使其容易发生 最好使用纯铀 235 因为原子核非常小 如果铀块的体积不够大 中子从铀块中通过时 可能还没有