选修知识点整理

1、选修 3-5 知识点归纳一、动量守恒定律1、动量守恒定律的条件：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量 保持不变 。（碰撞、爆炸、反冲）2、动量守恒定律的表达式 ： m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/ （规定正方向） p1= p23、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、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二、

2、量子理论的建立 、黑体和黑体辐射我们周围的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（ 6.63×10-34J.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：实验表明，对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类 及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。黑体辐射的规律为

3、：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。 图 （普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象） 普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的， 或说微观粒子的能量是分立的。 借助于 能量子的假说， 普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式， 与实验符合之好令人击掌 叫绝。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 P30）（2）光电效应的研究

4、结果： 存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值。 也就是说， 在电流较小时电流随着电压的增大而增大； 但当电流增大到一定值之后， 即使电 压再增大，电流也不会增大了，如 P31 图 17.2-3 所示。这说明在一定的光照条件下， 单位时间内阴极 K 发射的光电子的数目是一定的， 电压增大到 一定值时，所有光电子都被阳极 A 吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。实验表明， 入射光越强， 饱和电流越大。 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为零时，电流 I 并不为零。只有施加反向电压，也就是阴极 接电源正极、

5、阳极接电源负极， 在光电管两极间形成使电子减速的电场， 电流才有可能为零。 使光电流减小到零的反向电压 Uc 称为遏止电压。众多光电子的初速度不一定一样，它的上限应该满足以下关系： 1mvc2 eUc实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强度如何，遏止电压都是一样的。光 的频率改变时，遏止电压 Uc 也会改变，如图 17.2-3 所示。这表明光电子的能量只与入射光 的频率有关，而与入射光的强弱无关。截止频率： 从实验中还可以看出，当入射光的频率减小到某个数值 c 时，即使不施加反 向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。 c 称为截止频率或极限频率。这就是说， 当入射光的频率低于截止

6、频率时不能发生光电效应。实验表明，不同金属的截止频率不同。 光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率 c 时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金-9 属时立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过10-9s，即光电效应几乎是瞬时的。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 能量子被称为光子。3、光电效应方程： Ekm h W0（掌握 Ek/Uc 图象的物理意义 P34）同时，h 截止 = WO（ Ekm 是光电子的 最大初动能 ；WO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、1

7、918-1922 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

8、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

9、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： P43 图 17.5-2 粒子通过狭缝时发生衍射。 狭缝的宽度决定了粒子位置的不确 定范围；中央亮纹的宽度决定了粒子动量不确定的范围。 狭缝越窄，位置的不确定性 x 越 小，中央亮纹越宽，即动量的不确定性 p越大 ） 在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置（即 x 更小），那么 动量的测量一定会更不准确 （即 p 更大），也就是说， 不可能同时准确地知道粒子的位置和 动量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。六、原子核式模型机构1、1897 年

10、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。1897 年，汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子 流并球出了这种粒子的比荷， 汤姆生由实验测得阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。 后来直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子的电荷量大 小与氢离子大致相同。由此可以看出他当时的猜测是正确的。后来，组成阴极射线的粒子被称 为电子。1910 年密立根通过著名的“油滴实验”精确测定了电子的电荷。密立根实验更重要的发现 是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e 的整数倍。2、1909 年起英国物理学家卢瑟

11、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 P52 图）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 10-15m）和

12、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：用光栅或棱镜可以把光波按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光 谱。有些光谱是一条条的亮线，我们把它们叫做谱线，这样的光谱叫做 线状谱 。有的光谱看起来不 是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，我们把它叫做 连续谱 。各种原子的发射光谱都是线状 谱，说明原子只发出几种特定频率的光。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、光谱分析： 既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的 组成成分。这种方法称为光谱分析。它的优

13、点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。4、经典理论的困难：按照经典电磁理论 ，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁 波，因此能量要减少，电子轨道半径也要变小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的； 电子在转动过程中，随着转动半径的缩小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化， 因而大量原子发光的光谱应该是连续光谱。 然而事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续 光谱而是线状光谱。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

14、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 h = E n E m，（能级图见3-5 第 58 页）（ 3）原子的不同

15、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、原子从高能级向低能级 跃迁时，原子电势能减小、动能增加、原子总能量减小、向外以光子形式辐 射能量。反之从低能级向高能级跃迁要吸收能量。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= C n 、 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 。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

16、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、实际上，原子中电子的坐标没有确定的值。因此，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出 现的概率是多少，而不能把电子的运动看做一个具有确定坐标的质点的轨道运动，现代量子理论 认为电子的轨道只能用电子云来描述。 P59九、原子核的组成1、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。物质发射射线的性质称为放射性， 具有放射性的元素称为放射性元素。 原子序数大于或等

17、 于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83 的元素，有的也能放出射线。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象。（3）用磁场来研究放射线的性质（图见3-5 第 65 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。01n 11H 10e 这种转化产生的电子发射到核外， 就是 粒子；与此同时新核少了一个中子， 却增加了一个质子。所以新核质量数不变，

18、而电荷数增加1。 衰变的实质：原子核内 2 个中子和 2 个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定条件下它 们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，就是粒子。转化方程： 211H 201n 24He射线的实质：原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连 续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。放射性的原子核在发生 衰变、 衰变时蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁， 能量以 光子的形式辐射出来。因此， 射线经常是伴随 射线或 射线产生的。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

19、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，（例如，一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都 不能改变它的半衰期。它是 对大量原子的统计规律 。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

20、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。自然，原子核越大，它的结合能越高。因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做 比结合 能，也叫平均结合能。 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 （不同原子 的比结合能是不一样的，从 P82图 19.5-3 可以看出：中等大小的核的比结合能最大，这些最稳定。 所以如果较重的核分裂成中等大小的核，或

21、者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都 会增加，所以都会释放大量的能量。如裂变反应、聚变反应。 ）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 ，就是 著名的质能联系方程， 简称质能方程。 1u=kg 相当于 _931.5MeV（此结论在计算中可直接应用） 。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&#

22、183;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 24He 1237Al1350P 01n 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 ，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 , 这发现为 核能的利用 开辟了道路。铀核裂变的核反应方程 235 1 144 89 1_ 92 U 0 n56 Ba 36 Kr 3 0 n 。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