高中物理3-5知识点-总结分析

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 一 动量守恒定律一 动量守恒定律 1 1 动动量量守守恒恒定定律律的的条条件件 系统所受的总冲量为零 不受力 所受外力的矢量和为零或外力 的作用远小于系统内物体间的相互作用力 即系统所受外力的矢量和为零 碰撞 爆炸 反冲 注意 内力的冲量对系统动量是否守恒没有影响 但可改变系统内物体的动量 内力 的冲量是系统内物体间动量传递的原因 而外力的冲量是改变系统总动量的原因 2 2 动动量量守守恒恒定定律律的的表表达达式式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 规定正方向 p1 p2 3 3 某某一一方方向向动动量量守守恒恒的的条条件件 系统所受外力矢量和不为零 但在某一方向上的力为零 则系 统在这个方向上的动量守恒 必须注意区别总动量守恒与某一方向动量守恒 4 4 碰碰撞撞 1 完全非弹性碰撞 获得共同速度 动能损失最多动量守恒 2 弹性碰撞 动量守恒 碰撞前后动能相等 动量守恒 动能守恒 特例 1 A B 两物体发生弹性碰撞 设碰前 A 初速度为 v0 B 静止 则碰后速度 vB 0 v mm mm v BA BA A 0 2 v mm m BA A 特例 2 对于一维弹性碰撞弹性碰撞 若两个物体质量相等质量相等 则碰撞后两个物体互换速度 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 有完整的压缩阶段 只有部分恢复阶段 动量守恒 动能减小 5 5 人人船船模模型型 两个原来静止的物体 人和船 发生相互作用时 不受其它外力 对这两 个物体组成的系统来说 动量守恒 且任一时刻的总动量均为零 由动量守恒定律 有 mvmv MVMV 注意 几何关系 注意 几何关系 二 量子理论的建立二 量子理论的建立 黑体和黑体辐射黑体和黑体辐射 1 1 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 2 2 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 3 3 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 同时 辐射强度 精品文档 2欢迎下载 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 三 光电效应三 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 实验图在课本 2 光电效应的研究结果 新教材 新教材 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 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 当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应 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 老教材 老教材 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电子的最大初动能与入射 光的强度无关光的强度无关 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 光电子的发光电子的发 射几乎是瞬时的射几乎是瞬时的 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 3 光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱金属作为阴极 K 与电源负极相连 是因为碱金 属有较小的逸出功 2 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 掌握掌握 Ek UcEk Uc 图象的物理意义图象的物理意义 同时 h 截止 WO Ek 是光电子的最大初动能最大初动能 W 是逸出功 即从金属表面金属表面直接飞出的光电子克服正电 荷引力所做的功 四 康普顿效应 表明光子具有动量 四 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 五 光的波粒二象性五 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 光电效应和康光电效应和康 精品文档 3欢迎下载 普顿效应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 频率大波长动性 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 小的粒子性显著 P41P41 电子干涉条纹对概率波的验证 电子干涉条纹对概率波的验证 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 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 P38 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 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 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 为何粒子位置的不确定量 x 越小 粒子动量的不确定量 p 越 大 用单缝衍射进行解释 P43P43 图图 六 原子核式模型机构六 原子核式模型机构 1 1 1897 年汤姆生 英 发现了电子汤姆生 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 谁发现了阴极射线 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 实验 装置见必修本 P257 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 P53P53 图图 3 3 卢瑟福在 1911 年提出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 核电荷数 质子数 核外电子数 七 氢原子的光谱七 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 精品文档 4欢迎下载 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 八 原子的能级八 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 64 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 原子的定态是不连不连 续续的 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 选定离核无限远处的电势能为零 电子从离核无限远处移到任一轨道上 都 是电场力做正功 电势能减少 所以在任一轨道上 电子的电势能都是负值 而且离核 越近 电势能越小 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 用加热的方法 使分子热运动加剧 分子间的相互碰撞可以传递能量 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 精品文档 5欢迎下载 收能量大于或等于电离能的任何频率的光子 5 5 一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时 可能辐射出的光谱线条数为 N 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 光谱测量发现原子光谱是线状谱和夫兰克 赫兹实验证实了原子能量的量子化 即原子 中分立能级的存在 九 原子核的组成九 原子核的组成 1 1 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 2 2 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 证明 用天 射线轰击铍时 会产生一种看不见的贯穿能力很强 10 20 厘米 的铅板 的不带电粒子 用其轰击石蜡时 竟能从石蜡中打出质子 此贯穿能力极强的 射线即为设想中的中子 核反应方程 3 3 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 4 4 天天然然放放射射现现象象 1 人类认识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 是从天然放射现象开始的 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 3 用磁场来研究放射线的性质 图见 3 5 第 74 页 射线带正电 偏转较小 粒子就是氦原子核 贯穿本领很小 电离作用很强 使底片感光作用很强 射线带负电 偏转较大 是高速电子流 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 无偏转 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 十 原子核的衰变十 原子核的衰变 半衰期半衰期 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 精品文档 6欢迎下载 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 衰变举例 衰变举例 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对大量原子的统 计规律计规律 N m 十一 放射性的应用与防护十一 放射性的应用与防护 放射性同位素放射性同位素 1 1 放放射射性性同同位位素素的的应应用用 a 利用它的射线 贯穿本领 电离作用 物理和化学效应 b 做示踪原子 2 2 放放射射性性同同位位素素的的防防护护 过量的射线对人体组织有破坏作用 这些破坏往往是对细胞核的破 坏 因此 在使用放射性同位素时 必须注意人身安全 同时要放射性物质对空气 水 源等的破坏 十二 核力与结合能十二 核力与结合能 质量亏损质量亏损 1 1 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 核子之间的引力 特点 核力与核子是否带电无关 短 程力 其作用范围为 只有相邻的核子间才发生作用 所以核子结合成原 m 10 100 2 子核 例 或原子核分解为核子 例 时 都伴随着巨大的能量变化 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 亦称核能 2 2 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 就是著名的质能联系方程 简称质能方程 1u kg 相当于 MeV 此结论在计算中可直接应用 十三 原子核的人工转变十三 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 举例 1 如 粒子轰击氮原子核发现质子 2 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 这是第一次用 人工方法得到放射性同位素 十四 重核的裂变十四 重核的裂变 轻核的聚变轻核的聚变 1