物理3-5知识点总结

物理物理 3 5 知识点总结知识点总结 欢迎来到工作总结栏目 本文为大家带来 物理 3 5 知识点总结 希望能帮助到你 第一篇 物理选修 3 5 知识点归纳 物理选修 3 5 知识点总结 一 动量守恒定律 1 动量守恒定律的条件 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 动量守恒定律的表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 规定正方向 p1 p2 3 某一方向动量守恒的条件 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 碰撞 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 2mAv0m mABvB vA mA mBv0mA mB 特例 2 对于一维弹性碰撞 若两个 物体质量相等 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 人船模型 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 mv MV 注意 几何关系 二 量子理论的建立 黑体和黑体辐射 1 量子理论的建立 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 为普朗克常数 6 63 10J S 2 黑体 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 34 绝对黑体 简称黑体 3 黑体辐射 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 光子说 光电效应方程 1 光电效应 表明光子具有能量 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 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 10s 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 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 只随着入射光频率的增大而增 大 入射光照到金属上时 光电子的发 射 几乎是瞬时的 一般不超过 10s 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 光子说 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 光电效应方程 9 9 EK h WO 掌握 Ek Uc 图象的物理意义 同时 h 截止 WO Ek 是光电子的最大初动能 W 是 逸 出功 即从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 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 这种现象叫光的散射 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 这种现象叫康普顿效应 3 光子的动量 p h 五 光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系 1 光的波粒二象性 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 P41 电 子干涉条纹对概率波的验证 2 光子的能量 E h 光子的动量 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 物质波 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 着的物体都有一种与之对应的波 波 长 h 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 概率波 从光子的概念上看 光波 是一种概率波 5 不确定关系 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 P43 图 六 原子核式模型机构 1 1897 年汤姆生 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 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 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 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 偏转角几乎达到 180 P53 图 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 原子的全部正电荷和几乎全部质 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 10m 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 1 光谱的种类 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 氢原子的光谱是线状的 这些亮线 称为原子的特征谱线 即辐射波长是分立的 3 基尔霍夫开创了光谱分析的方法 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 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 玻尔理论的假设 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 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 15 h En Em 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 续的 因 此电子的可能轨道的分布也是不连续的 3 玻尔计算公式 rn nr1 En E1 n n 1 2 3 r1 0 53 10 m E1 13 6eV 分别代表第一条 即离核最近的 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 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 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 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 现代量子理论认为电子的轨道只能 用电子云来描述 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 1 1919 年卢瑟福用 粒子轰击氮原 子核发现质子即氢原子核 核反应方程 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 质子和中子统称核子 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 天然放射现象 1 人类认识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 2 2 10 第二篇 物理选修3 5 知识点总结提纲 精华版 高中物理选修 3 5 知识点梳理 一 动量 动量守恒定律 1 动量 可以从两个侧面对动量进行 定义或解释 物体的质量跟其速度的乘积 叫做物体的动量 动量是物体机械运动的一种量度 动量的表达式 P mv 单位是 kg ms 动量是矢量 其方向就是瞬时速度的方向 因为速度是相对的 所以动量也是相对的 2 动量守恒定律 当系统不受外力作 用或所受合外力为零 则系统的总动量守恒 动量守恒定律根 据实际情况有多种表达式 一般常用等号左右分别表示系统作 用前后的总动量 运用动量守恒定律要注意以下几个问 题 动量守恒定律一般是针对物体系的 对单个物体谈动量守恒没有意义 对于某些特定的问题 例如碰撞 爆炸等 系统在一个非常短的时间内 系统内部各物体相互作 用力 远比它们所受到外界作用力大 就可以把这些物体看作 一个所受合外力为零的系统处理 在这一短暂时间内遵循动量 守恒定律 计算动量时要涉及速度 这时一个 物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的 一般 取地面为参照物 动量是矢量 因此 系统总动量 是指系统中所有物体动量的矢量和 而不是代数和 动量守恒定律也可以应用于分动量 守恒的情况 有时虽然系统所受合外力不等于零 但只要在某 一方面上的合外力分量为零 那么在这个方向上系统总动量的 分量是守恒的 动量守恒定律有广泛的应用范围 只要系统不受外力或所受的合外力为零 那么系统内部各物体 的相互作用 不论是万有引力 弹力 摩擦力 还是电力 磁力 动量守恒定律都适用 系统内 部各物体相互作用时 不论具有相同或相反的运动方向 在相 互作用时不论是否直接接触 在相互作用后不论是粘在一起 还是分裂成碎块 动量守恒定律也都适用 3 动量与动能 动量守恒定律与机械 能守恒定律的比较 动量与动能的比较 动量是矢量 动能是标量 动量是用来描述机械运动互相转移 的物理量而动能往往用来描述机械运动与其他运动 比如热 光 电等 相互转化的物理量 比如完全非弹性碰撞过程研究机械运 动转移 速度的变化可以用动量守恒 若要研究碰撞过程改 变成内能的机械能则要用动能为损失去计算了 所以动量和动 能是从不同侧面反映和描述机械运动的物理量 动量守恒定律与机械能守恒定律比较 前者是矢量式 有广泛的适用范围 而后者是标量式其适用范 围则要窄得多 这些区别在使用中一定要注意 4 碰撞 两个物体相互作用时间极短 作用力又很大 其他作用相对很小 运动状态发生显著化的现 象叫做碰撞 以物体间碰撞形式区分 可以分为 对心碰撞 正碰 而物体碰前速度沿它们质心的连线 非 对心碰撞 中学阶段不研究 以物体碰撞前后两物体总动能是否变 化区分 可以分为 弹性碰撞 碰撞前后物体系总动能守恒 非弹性碰撞 完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例 这种碰 撞 物体在相碰后粘合在一起 动能损失最大 各类碰撞都遵守动量守恒定律和能量 守恒定律 不过在非弹性碰撞中 有一部分动能转变成了其他 形式能量 因此动能不守恒了 二 验证动量守恒定律 实验 探究 实验目的 研究在弹性碰撞的过程 中 的物体系统动量守恒 实验原理 利用图 2 1 的装置验证 碰 量守恒 让一个质量较大的球从斜槽 上 跟放在斜槽末端上的另一个质量较小 碰撞 两球均做平抛运动 由于下落 高 从而导致飞行时间相等 我们用它们 平图 2 1 相互作用撞中的动滚下来 的球发生度相同 抛射程 的大小代替其速度 小球的质量可以测出 速度也可间接地知 道 如满足动量守恒式 m1v1 m1v1 m2v2 则可验证动量 守恒定律 进一步分析可以知道 如果一个质量 为 m1 速度为 v1 的球与另一个质量为 m2 速度为 v2 的球相 碰撞 碰撞后两球的速度分别为 v1 和 v2 则由动量守恒定 律有 m1v1 m1v1 m2v2 实验器材 两个小球 大小相等 质量不等 斜槽 复写纸 天平 刻度尺 圆规 实验步骤 1 用天平分别称出两个小球的质量 m1 和 m2 2 按图 2 1 安装好斜槽 注意使其末端 切线水平 并在 位置放上白纸和复写纸 并在白纸上 记下重锤线所指的位置 O 点 3 首先在不放被碰小球的前提下 让 入射小球从斜槽上同一位置从静止滚下 重复数次 便可在复 写纸上打出多个点 用圆规作出尽可能小的圆 将这些点包括 在圆内 则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置 P 点如 图 2 2 重锤线 白纸 P 图 2 2 地面适当的 4 将被碰小球放在斜槽末端上 使入 射小球与被碰小球能发生正碰 5 让入射小球由某一定高度从静止开 始滚下 重复数次 使两球相碰 按照步骤 3 的办法求出入球落地点的平均位置 M 和被碰小球落地点的平均位置 N 6 过 ON 在纸上做一条直线 测出 OM OP ON 的长度 7 将数据代入下列公式 验证公式两 边数值是否相等 在实验误差允许的范围内 m1 OP m1 OM m2 ON 注意事项 1 水平 和 正碰 是操作中应尽 量予以满足的前提条件 2 测定两球速度的方法 是以它们做 平抛运动的水平位移代表相应的速度 3 斜槽末端必须水平 检验方法是将 小球放在平轨道上任何位置 看其能否都保持静止状态 4 入射球的质量应大于被碰球的质 量 5 入射球每次都必须从斜槽上同一位 置由静止开始滚下 方法是在斜槽上的适当高度处固定一档板 小球靠着档板后放手释放小球 6 实验过程中 实验桌 斜槽 记录 的白纸的位置要始终保持不变 7 m1 OP m1 OM m2 ON 式中相 同的量取相同的单位即可 误差分析 误差来源于实验操作中 两个小球没 有达到水平正碰 一是斜槽不够水平 二是两球球心不在同一 水平面上 给实验带来误差 每次静止释放入射小球的释放点 越高 两球相碰时作用力就越大 动量守恒的误差就越小 应 进行多次碰撞 落点取平均位置来确定 以减小偶然误差 下列一些原因可能使实验产生误差 1 若两球不能正碰 则误差较大 2 斜槽末端若不水平 则得不到准确 的平抛运动而造成误差 3 O P M N 各点定位不准确带来 了误差 4 测量和作图有偏差 5 仪器和实验操作的重复性不好 使 得每次做实验时不是统一标准 三 弹性碰撞和非弹性碰撞 完全弹性碰撞 在弹性力的作用下 系统内只发生机械能的转移 无机械能的损失 称完全弹性碰 撞 非弹性碰撞 非弹性碰撞 在非弹 性力的作用下 部分机械能转化为物体的内能 机械能有了损 失 称非弹性碰撞 第三篇 物理选修 3 5 知识点 总 结 高中物理选修 3 5 一 动量守恒定律 动量守恒 两个物体组成的系统系统总 能量守恒 第一个过程动量守恒 三个物体组成的系统第二个过 程动量守恒 系统总能量守恒 二 量子理论的建立 黑体和黑体 辐射 1 量子理论的建立 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 为普朗克常数 6 63 10 34 J S 2 黑体 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 黑体辐射 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黑 体辐射 三 光电效应 光子说 光电效应方程 1 光电效应 表明光子具有能量 证 明光具有粒子性 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 Uce EK 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 9 s 2 光子说 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 光电效应方程 EK h WO 同时 h 截止 WO Uce EK 四 康普顿效应 表明光子具有动量 证明 光具有粒子性 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 这种现象叫光的散射 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 这种现象叫康普顿效应 3 光子的动量 p h 光子的能量 h 波速公式 c 五 光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系 1 光的波粒二象性 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 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 2 物质波 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 着的物体都有一种与之对 应的波 波长 h p 这种波叫物质波 也叫德布罗意波 3 概率波 从光子的概念上看 光波是一种概率波 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 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 六 原子核式模型机构 1 1897 年汤姆孙 英 发现了电子 电子的发现证明原子可以再分 汤姆生 提出原子的枣糕模型 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 粒子穿过金 箔后仍沿原来的方向前进 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 3 卢瑟福的 粒子散射实验证明 原子具有核式结构 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 和几乎全部 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 15 原子核的大小 数量级为 10m 和 原子核的正电荷数 七 氢原子的光谱 1 光谱的种类 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 基尔霍夫开创了光谱分析的方法 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 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 玻尔理论 的假设 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 n E eV0 些状态叫做定态 氢原子的各 4 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 3 4 种定态叫做基态 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 13 6 激发态 氢原子的能级图 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 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 的 因此电子的可能轨道的分 布也是不连 续 的 3 玻尔计算公式 r2 2 n nr1 En E1 n 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 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 电势能越小动 能越大加速度越大周期减小 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收能量大于或等 于电离能的任何频率的光子 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 例一群氢原子处于量子 数为 n 4 的激发态时 可能辐射出 6 种不同频率的光子 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 现代量子理论认为电子的轨道只能 用电子云来描述 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 1 1919 年卢瑟福用 粒子轰击氮原 子核发现质子即氢原子核 核反应方程 14 4177 N 2He 18 O 1H 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 即中子 查德威克经过研究 证明中 子的存在 汤姆孙 英 发现了电子 核反应方程 9 4 124Be 2He C 1 60n 3 质子和中子统称核子 具有相同的 质子数和不同的中子数的原子互称同位素 4 天然放射现象 1 1896 年贝克勒耳发现天然放射 现象 天然放射的现象证明原子核有复杂结构 射线带正 电 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 是高速电子流 贯穿本 领很强 几毫米的铝板 电离作用较弱 射线中的电子是 由原子核中的中子分裂产生的 不是核外电子 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 十 原子核的衰变 半衰期 1 原子核由于放出某种粒子而转变为 新核的变化叫做原子核的衰变 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 射线或 射线产生的 没有单独的 衰变 衰变 原子核 处 于较高能级 辐射光子后跃迁到低能级 衰 变举例 23892U 2344 90Th 2He 衰变举例 23490 Th 234 091Pa 1e 2 半衰期 放射性元素的原子核有半 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 本身的因素决定 与原子所处的物理状态或 化学状态无关 半衰期是对大量原子的统计规 律 N N1 m m1n0 n 0 2 2 十一 放射性的应用与防护 放射性 同位素 1 放射性同位素的应用 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 放射性同位素的防护 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 质量亏 损 1 由于核子间存在着强大的核力 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 2 0 10 10 m 只有 相邻的核子间才发生作用 所以核子 结合成原子核或原子核分解为核子时 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 比结合能越大 则原子 核结合的越牢固 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 E mc2 E mc2 就是著名的质能联系方程 简 称质能方程 1u 相当于 931 5MeV 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 核反应方程 27Al 4 301 13 2He 15P 0n 30 300 15 P 14Si 1e 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 轻核的聚变 1 凡是释放核能的核反应都有质量亏 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 2 1938 年德国化学家 哈恩和斯特拉斯曼发现重核裂变 铀核裂变 的核反应方程 235 114192192U 0n 56Ba 36Kr 30n 例 3 由于中子的增殖使裂变反应 能持续地进行的过程称为链式反应 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 可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了 因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积 即临界体积 发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积 并有中子 进入 应用有原子弹 核反应堆 核反应堆的能量主要来自于 重核裂变 4 轻核结合成质量较大的核叫聚变 例 2 3411H 1H 2He 0n 发生聚变的条件是 超高温 几百 万度以上 因此聚变又叫热核反应 可以用原子弹来引起热核 反应 应用有氢弹 可控热核反应 太阳的能量来自于轻核聚 变 第四篇 高中物理3 5 知识点 总结 物理选修 3 5 知识点总结 一 动量守恒定律 1 动量守恒定律的条件 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 动量守恒定律的表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 规定正方向 p1 p2 3 某一方向动量守恒的条件 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 碰撞 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 2mA vA mA mBmA mBv0 vB mA mBv0 特例 2 对于一维弹性碰撞 若两个 物体质量相等 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 人船模型 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 mv MV 注意 几何关系 二 量子理论的建立 黑体和黑体辐射 1 量子理论的建立 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 为普朗克常数 6 63 10J S 2 黑体 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 黑体辐射 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 辐射强度的 第 1 页 共 7 页 34 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 光子说 光电效应方程 1 光电效应 表明光子具有能量 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 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 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 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 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 只随着入射光频率的增大而增大 入射光照到 金属上时 光电子的发 射几乎是瞬时的 一 般不超过 10s 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 光子说 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 光电效应方程 EK h WO 掌 握 Ek Uc 图象的物理意义 同时 h 截止 9 WO Ek 是光电子的最大初动能 W 是逸出功 即从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 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 这种现象叫光的散射 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 这种现象叫康普顿效应 3 光子的动量 五 光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系 1 光的波粒二象性 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 第 2 页 共 7 页 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 P41 电 子干涉条纹对概率波的验证 2 光子的能量 E h 光子的动量 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 物质波 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 着的物体都有一种与之对应的波 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 概率波 从光子的概念上看 光波 是一种概率波 5 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 P43 图 六 原子核式模型机构 1 1897 年汤姆生 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 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 绝大多数粒子穿过金箔后 仍沿原来的方向前进 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 偏转 角几乎达到 180 P53 图 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 原子的全部正电荷和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 10m 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 1 光谱的种类 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 第 3 页 共 7 页 15 物理 3 5 知 识点总结 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 氢原子的光谱是线状的 这些亮线 称为原子的特征谱线 即辐射波长是分立的 3 基尔霍夫开创了光谱分析的方法 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 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 玻尔理论的假设 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 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 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 续的 因 此电子的可能轨道的分布也是不连续的 3 玻尔计算公式 rn nr1 En E1 n n 1 2 3 r1 0 53 10 m E1 13 6eV 分别代表第 一条 即离核最近的 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 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 第 4 页 共 7 页 2 2 10 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 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 现代量子理论认为电子的轨道只能 用电子云来描述 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 1 1919 年卢瑟福用 粒子轰击氮原 子核发现质子即氢原子核 核反应方程 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 质子和中子统称核子 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 天然放射现象 1 人类认识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 1 原子核由于放出某种粒子而转变为 新核的变化叫做原子核的衰变 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 射线或 独的 衰变 衰变 原子核处于 较高能级 辐射光子后跃迁到低能级 衰变举 例 衰变举例 第 5 页 共 7 页 第五篇 高中物理选修3 5 知识点汇总 物理选修 3 5 知识点整理 第十六章 动量 1 动量 物体的质量与速度的乘积 矢量 状 态量 p mv 单位是 kg m s 1kg m s 1 N s 2 动量 守恒定律 一个系统不受外力或者所受外力之和 为零 这个系统的总动量保持不变 公式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 3 动量守恒定律成立的条件 系统不受外力或者所受外力的矢量和 为零 内力远大于外力 如果在某一方向上合外力为零 那么 在该方向上系统的动量守恒 4 碰撞 物体间相互作用持续时间很短 而物 体间相互作用力很大 系统动量守恒 5 弹性碰撞 如果碰撞过程中系统的动能损失很小 可以略去不计 这种碰撞叫做弹性碰撞 6 非弹性碰撞 碰撞过程中需要计算损失的动能的碰 撞 如果两物体碰撞后黏合在一起 这种碰撞损失的动能最多 叫做完全非弹性碰撞 第十七章 波粒二象性 1 热辐射 一切物体都在辐射电磁波 这种辐射 与物体的温度有关 所以叫做热辐射 2 黑体 如果某种物体能够完全吸收入射的各 种波长的电磁波而不发生反射 这种物质就是绝对黑体 简称 黑体 3 黑体辐射 黑体辐射的电磁波的强度按波长分布 只与黑体的温度有关 4 黑体辐射规律 一方面随着温度升高各种波长的辐射 强度都有增加 另一方面 辐射强度的极大值向波长较短的方 向移动 5 能量子 普朗克认为振动着的带电粒子的能量 只能是某一最小能量 的整数倍 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子 并且 h 是电磁波的频率 h 为普朗克 常量 h 6 63 10 34 J s 光子的能量为 h 6 光电效应 照射到金属表面的光使金属中的电子 从表面逸出的现象 逸出的电子称为光电子 电子脱离某种金 属所做功的最小值叫逸出功 光电子的最大初动能 1 Ek h W 每种金属都有发 生光电效应的极限频率和相应的红线 波长 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 7 康普顿效应 康普顿认为这是因为光子不仅有能量 还有动量 说明了光具有粒子性 8 光的波粒二象性 光的波动性和粒子性是光在不同条件 下的具体表现 具有统一性 光子数量少时 粒子性强 数量 多时 波动性强 频率高粒子性强 波长大波动性强 9 物 质波 也叫德布罗意波 任何一个运动的物 体都有一种波与之对应 其波长 也存在波动性 波长很小 第十八章 原子物理 1 电子的发现 1897 年 英国物理学家汤姆生发现了 电子 并提出了原子的枣糕式模型 2 粒子散射实验 1909 1911 年 英国物理学家卢瑟福 用 粒子轰击金箔 发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上按 原来的方向前进 少数 粒子发生了大角度偏转 极少数 粒 子甚至被弹回 提出了核式结构模型 3 玻尔原子理论的三条假说 原子中电子运动轨道量子化假说 即 原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道 电子可能的 运动轨道是不连续的 原子能量的量子化假说 即原子只能 处于一系列不连续的能量状态中 一种能量值对应一种状态 这些状态叫做定态 原子能级的跃迁假说 即原子从一种 定态跃迁到另一种定态时 原子辐射或者吸收一定频率的光子 光子的能量差由这两种定态的能量差决定 h E 初 E 末 4 能级 在玻尔模型中 原子的可能状态是不 连续的 因此各状态对应的能量也是不连续的 这些能量值叫 做能级 各状态的标号 1 2 3 叫做量子数 通常用 n 表示 能量最低的状态叫做基态 其他状态叫做激发态 基态和激发 态的能量分别用 E1 E2 E3 表示 5 氢原子能级 E1 13 6eV E2 3 4eV E3 1 51eV 满足 En h 宏观物体 p 1 E1 n 1 2 3 n2 6 原子跃迁 只发出或吸收特定频率的光 可能直 接跃迁或间接跃迁 两种情况辐射或吸收的光子的频率不同 一群处于 n k 能级的氢原子向基态或较低激发态跃迁时 可能 产生的光谱线条数 2 N k k 1 2 7 电离 若想把处于某一定态上的原子的电子 电离出去 就需要给原子一定的能量 如氢原