2025年高中物理人教版选修知识点总结

选修3-5知识梳理一．量子论的建立黑体和黑体辐射Ⅰ（一）量子论1.创立標志：19普朗克在德国的《物理年刊》上刊登《论正常光谱能量分布定律》的论文，標志著量子论的诞生。2.量子论的重要内容：①普朗克认為物质的辐射能量并不是無限可分的，其最小的、不可分的能量單元即“能量子”或称“量子”，也就是說构成能量的單元是量子。②物质的辐射能量不是持续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。3.量子论的发展①19，愛因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。②19，英国物理學家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子构造模型，丰富了量子论。③到1925年左右，量子力學最终建立。4.量子论的意义①与量子论等一起，引起物理學的一場重大革命，并增進了現代科學技术的突破性发展。②量子论的革命性观念揭開了微观世界的奥秘，深刻变化了人們對整個物质世界的认识。③量子论成功的揭示了诸多物质現象，如光量子论揭示了光電效应④量子概念是一种重要基石，現代物理學中的許多领域都是從量子概念基础上衍生出来的。量子论的形成標志著人类對客观规律的认识，開始從宏观世界深入到微观世界；同步，在量子论的基础上发展起来的量子论學，极大地增進了原子物理、固体物理和原子核物理等科學的发展。（二）黑体和黑体辐射1．热辐射現象任何物体在任何温度下都要发射多种波長的電磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波長的分布都与温度有关。這种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射電磁波的現象称為热辐射。①.物体在任何温度下都會辐射能量。②.物体既會辐射能量，也會吸取能量。物体在某個频率范围内发射電磁波能力越大，则它吸取该频率范围内電磁波能力也越大。辐射和吸取的能量恰相等時称為热平衡。此時温度恒定不变。试验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波長、時间的長短和发射的面积。2.黑体物体具有向四面辐射能量的本领，又有吸取外界辐射来的能量的本领。黑体是指在任何温度下，所有吸取任何波長的辐射的物体。3．试验规律：1）伴随温度的升高，黑体的辐射强度均有增長；2）伴随温度的升高，辐射强度的极大值向波長较短方向移動。二．光電效应光子說光電效应方程Ⅰ1、光電效应 （1）光電效应在光（包括不可見光）的照射下，從物体发射出電子的現象称為光電效应。 （2）光電效应的试验规律： 装置： ①任何一种金属均有一种极限频率， 入射光的频率必须不小于這個极限频率才能发生光電效应，低于极限频率的光不能发生光電效应。 ②光電子的最大初動能与入射光的强度無关，光随入射光频率的增大而增大。 ③不小于极限频率的光照射金属時，光電流强度（反应單位時间发射出的光電子数的多少），与入射光强度成正比。 ④金属受到光照，光電子的发射一般不超過10－9秒。2、波動說在光電效应上碰到的困难 波動說认為：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率無关。因此波動說對解释上述试验规律中的①②④条都碰到困难3、光子說 （1）量子论：19德国物理學家普郎克提出：電磁波的发射和吸取是不持续的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量E=hv （2）光子论：19受因斯坦提出：空间传播的光也是不持续的，而是一份一份的，每一份称為一种光子，光子具有的能量与光的频率成正比。 即：E=hv 其中h為普郎克恒量 h=6.63×10－34JS4、光子论對光電效应的解释 金属中的自由電子，获得光子後其動能增大，當功能不小于脱出功時，電子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，電子获得的能量才能越大，飞出時最大初功能也越大。5．光電效应方程當Vm=0時，n為极限频率n0，n0=W0/h三．康普顿效应Ⅰ康普顿效应是光子和電子作弹性碰撞的成果，详细解释如下：1.若光子和外层電子相碰撞，光子有一部分能量传給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長不小于入射光的波長。2.若光子和束缚很紧的内层電子相碰撞，光子将与整個原子互换能量,由于光子质量遠不不小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前後光子能量几乎不变，波長不变。3.由于碰撞中互换的能量和碰撞的角度有关，因此波長变化和散射角有关。康普顿效应阐明光具有粒子性。四．光的波粒二象性物质波概率波不确定性关系Ⅰ光既体現出波動性，又体現出粒子性大量光子体現出的波動性强，少許光子体現出的粒子性强；频率高的光子体現出的粒子性强，频率低的光子体現出的波動性强．实物粒子也具有波動性這种波称為德布罗意波，也叫物质波。從光子的概念上看，光波是一种概率波不确定性关系：五．原子核式构造模型Ⅰ1、電子的发現和汤姆生的原子模型：（1）電子的发現： 1897年英国物理學家汤姆生，對阴极射线進行了一系列的研究，從而发現了電子。 電子的发現表明：原子存在精细构造，從而打破了原子不可再分的观念。（2）汤姆生的原子模型： 19汤姆生设想原子是一种带電小球，它的正電荷均匀分布在整個球体内，而带负電的電子镶嵌在正電荷中。2、粒子散射试验和原子核构造模型 （1）粒子散射试验：19，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完毕 ①装置： ②現象： a.绝大多数粒子穿過金箔後，仍沿本来方向运動，不发生偏转。 b.有少数粒子发生较大角度的偏转 c.有很少数粒子的偏转角超過了90度，有的几乎到达180度，即被反向弹回。 （2）原子的核式构造模型： 由于粒子的质量是電子质量的七仟多倍，因此電子不會使粒子运動方向发生明显的变化，只有原子中的正電荷才有也許對粒子的运動产生明显的影响。假如正電荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了运動将不发生明显变化。散射试验現象证明，原子中正電荷不是均匀分布在原子中的。 19，卢瑟福通過對粒子散射试验的分析计算提出原子核式构造模型：在原子中心存在一种很小的核，称為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和几乎所有的质量，带负電荷的電子在核外空间绕核旋转。 原子核半径不不小于10-14m，原子轨道半径约10-10m。六．氢原子光谱Ⅰ氢原子是最简朴的原子，其光谱也最简朴。1885年，巴耳末對當時已知的，在可見光区的14条谱线作了分析，发現這些谱线的波長可以用一种公式表达：除了巴耳末系，後来发現的氢光谱在紅外和紫個光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。氢原子光谱是线状谱，具有分立特性，用經典的電磁理论無法解释。七．原子的能级Ⅰ玻尔的原子模型（1）原子核式构造模型与經典電磁理论的矛盾（两方面） a. 電子绕核作圆周运動是加速运動，按照經典理论，加速运動的電荷，要不停地向周围发射電磁波，電子的能量就要不停減少，最终電子要落到原子核上，這与原子一般是稳定的事实相矛盾。 b. 電子绕核旋转時辐射電磁波的频率应等于電子绕核旋转的频率，伴随旋转轨道的持续变小，電子辐射的電磁波的频率也应是持续变化，因此按照這种推理原子光谱应是持续光谱，這种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。（2）玻尔理论 上述两個矛盾阐明，經典電磁理论已不合用原子系统，玻尔從光谱學成就得到启发，运用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假设： ①定态假设：原子只能处在一系列不持续的能量状态中，在這些状态中原子是稳定的，電子虽然做加速运動，但并不向外在辐射能量，這些状态叫定态。 ②跃迁假设：原子從一种定态（设能量為E2）跃迁到另一定态（设能量為E1）時，它辐射成吸取一定频率的光子，光子的能量由這两個定态的能量差决定，即hv=E2-E1 ③轨道量子化假设，原子的不一样能量状态，跟電子不一样的运行轨道相對应。原子的能量不持续因而電子也許轨道的分布也是不持续的。即轨道半径跟電子動量mv的乘积等于h/2的整数倍，即：轨道半径跟電了動量mv的乘积等于h/的整数倍，即 n為正整数，称量数数（3）玻尔的氢子模型： ①氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，运用經典電磁理论和牛顿力學，计算出氢原子核外電子的各条也許轨道的半径，以及電子在各条轨道上运行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的热能。） 氢原子中電子在第几条也許轨道上运動時，氢原子的能量En，和電子轨道半径rn分别為： 其中E1、r1為离核近来的第一条轨道（即n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E1=－13.6ev,r1=0.53×10-10m(以電子距原子核無穷遠時電势能為零计算) ②氢原子的能级图：氢原子的各個定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图開像的表达出来即能级图。 其中n=1的定态称為基态。n=2以上的定态，称為激发态。八．原子核的构成Ⅰ原子核 1、天然放射現象 （1）天然放射現象的发現：1896年法国物理學，贝克勒耳发現铀或铀矿石能放射出某种人眼看不見的射线。這种射线可穿透黑紙而使摄影底片感光。 放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性 放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素 天然放射現象：某种元素白发地放射射线的現象，叫天然放射現象 天然放射現象：表明原子核存在精细构造，是可以再分的 （2）放射线的成分和性质：用電場和磁場来研究放射性元素射出的射线，在電場中轨迹，如图（1）：成份组成性质電离作用贯穿能力射线氦核构成的粒子流很强很弱射线高速電子流较强较强射线高频光子很弱很强 2、原子核的构成（1）原子核的构成：原子核是由质子和中子构成，质子和中子统称為核子 在原子核中：质子数等于電荷数核子数等于质量数 中子数等于质量数減電荷数九．原子核的衰变半衰期Ⅰ （1）衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称為衰变在原子核的衰变過程中，電荷数和质量数守恒 类型衰变方程规律衰变新核衰变新核 射线是伴随衰变放射出来的高频光子流 在衰变中新核质子数多一种，而质量数不变是由于反应中有一种中子变為一种质子和一种電子，即： （2）半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的時间，称该元素的半衰期。 一放射性元素，测得质量為m,半衰期為T，經時间t後，剩余未衰变的放射性元素的质量為m 拾．放射性的应用与防护放射性同位素Ⅰ人工放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素放射性同位素：具有相似的质子和不一样中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 正電子的发現：用粒子轰击铝時，发生核反应。1934年，约裏奥·居裏和伊丽芙·居裏发現通過α粒子轰击的铝片中具有放射性磷反应生成物P是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通過核反应生成的人工放射性同位素。 发生+衰变，放出正電子 与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：1、放射强度轻易控制2、可以制成多种需要的形状3、半衰期更短4、放射性废料轻易处理放射性同位素的应用1、运用它的射线A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有無砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪．B、运用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查多种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，從而实現自動控制C、运用射线使空气電离而把空气变成导電气体，以消除化纤、纺织品上的静電D、运用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以运用它杀菌、治病等2、作為示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.棉花在結桃、開花的時候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸取．不過，什么時候的吸取率最高、磷在作物体内能存留多長時间、磷在作物体内的分布状况等，用一般的措施很难研究．假如用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然後每隔一定期间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的問題就很轻易处理．放射性的防护（1）在核電站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄（2）用過的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海裏（3）在生活中要有防备意识，尽量遠离放射源拾一．核力与結合能质量亏损Ⅰ核力：可以把核中的多种核子联络在一起的强大的力叫做核力．1.核力是四种互相作用中的强互相作用（强力）的一种体現。2.核力是短程力。约在10-15m量级時起作用，距离不小于0.8×10-15m時為引力,距离為10×10-15m時核力几乎消失，距离不不小于0.8×10-15m時為斥力。3.核力具有饱和性。核子只對相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。4.核力具有電荷無关性。對給定的相對运動状态，核力与核子電荷無关。核越来越大，有些核子间的距离越来越遠。伴随距离的增長，核力与電磁力都會減小，但核力減小得更快。因此，原子核大到一定程度時，相距较遠的质子间的核力局限性以平衡它們之间的库仑力，這個原子核就不稳定了。這時，假如不再成對地增長核子，而只增長中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有互相吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于這個原因，稳定的重原子核裏，中子数要比质子数多。結合能；由于核子间存在著强大的核力，因此核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴伴随巨大的能量变化．當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸取同样的能量．這個能量叫做原子核的結合能．比結合能：結合能与核子数之比，称做為比結合能。也叫平均結合能。比結合能越大，表达原子核中核子結合得越牢固，原子核越稳定。质量亏损：原子分解為核子時，质量增長；核子結合成原子核時，质量減少。原子核的质量不不小于构成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损愛因斯坦质能方程E=mc2式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。核子在結合成原子核時出現的质量亏损Δm，正表明它們在互相結合過程中放出了能量ΔE=Δm·c2常用單位