物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)歸納

1、物理選修 3-5 知識(shí)點(diǎn) sunny 1 物理選修 3-5 知識(shí)點(diǎn)總結(jié)一、 量子理論的建立黑體和黑體輻射、1、黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。 2 、黑體輻射： 黑體輻射的規(guī)律為：溫度越高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，同時(shí)， 輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象） 3 、量子理論的建立： 1900 年德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)不可再分的能量值叫做能量子= h h 為普朗克常數(shù)（6.63 10-34j.s ）二、光電效應(yīng)光子說光電效應(yīng)方程1、光

2、電效應(yīng)（表明光子具有能量）（1）光的電磁說使光的波動(dòng)理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步，但是它并不能解釋光電效應(yīng)的現(xiàn)象。在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫光電子。（2）光電效應(yīng)的研究結(jié)果：存在飽和電流，這表明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；存在遏止電壓：當(dāng)所加電壓u為 0 時(shí)，電流i 并不為 0。只有施加反向電壓，也就是陰極接電源正極陽極接電源負(fù)極，在光電管兩級(jí)形成使電子減速的電場(chǎng)，電流才可能為0。使光電流減小到0 的反向電壓uc稱為遏止電壓ek=euc。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度；截止頻率：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射

3、光的強(qiáng)弱無關(guān)，當(dāng)入射光的頻率高于截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)vc=w0/h ；光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s。規(guī)律： 任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大；入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過 10-9s；當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。(1) 判斷和描述時(shí)應(yīng)理清三個(gè)關(guān)系：光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)(單個(gè)光子與單個(gè)電子間相互作用產(chǎn)生的) 光電子的最大初動(dòng)能的來源( 金屬表面的

4、自由電子吸收光子后克服逸出功逸出后具有的動(dòng)能) 入射光強(qiáng)度與光電流的關(guān)系( 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比) (2) 定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式：愛因斯坦光電效應(yīng)方程：ekhw0. 最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：ek euc. 逸出功與極限頻率的關(guān)系：w0 h 0. 2、光子說： 光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為 的光的能量子為h。這些能量子被成為光子。3、光電效應(yīng)方程：ek = h- wo h截止= wo（ek是光電子的 最大初動(dòng)能；w0是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服電荷引力所做的功。）三、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動(dòng)量）1、1918-1

5、922 年康普頓（美）在研究石墨對(duì)x射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)：光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可以使光的傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫光的散射 。2、在光的散射過程中，有些散射光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)略大，這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng) 。3、光子的動(dòng)量： p=h/ 四、光的波粒二象性物質(zhì)波概率波不確定關(guān)系1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子，由于光既有波動(dòng)性，又有粒子性，只能認(rèn)為光具有波粒二象性。但不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為波動(dòng)性；光在傳播時(shí)顯示波動(dòng)性，

6、與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往顯示粒子性；頻率小波長(zhǎng)大的波動(dòng)性顯著，頻率大波長(zhǎng)小的粒子性顯著。2、光子的能量 e=h，光子的動(dòng)量 p=h/ 表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率 和波長(zhǎng) 。由以上兩式和波速公式c= 還可以得出： e = p c 。3、物質(zhì)波： 1924 年德布羅意 （法）提出，實(shí)物粒子和光子一樣具有波動(dòng)性，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種與之對(duì)應(yīng)的波，波長(zhǎng)=h / p 這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（電子的衍射圖樣；電子顯微鏡的分辨率為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡）4、概率波（了解）： 從光子的概念上看，光波是一種概率波

7、。5、不確定關(guān)系（了解）： x p=h/4 ， x 表示粒子位置的不確定量，p 表示粒子在x 方向上的動(dòng)量的不確定量。五、原子核式模型機(jī)構(gòu)1、1897 年湯姆孫（英）發(fā)現(xiàn)了電子，提出原子的棗糕模型，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕（原子可再分）。（誰發(fā)現(xiàn)了陰極射線？是湯姆孫嗎？）2、1909 年起英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福做了粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，即粒子散射實(shí)驗(yàn)，得到出乎意料的結(jié)果：絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)， 少數(shù) 粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的 甚至被彈回 ，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180。（p53圖）3、盧瑟福在 1911 年提出 原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一

8、個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷 和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核物理選修 3-5 知識(shí)點(diǎn) sunny 2 里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。按照這個(gè)學(xué)說，可很好地解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)還可以估計(jì)原子核的大?。〝?shù)量級(jí)為10-15m ）和原子核的正電荷數(shù)。原子序數(shù) =核電荷數(shù) =質(zhì)子數(shù) =核外電子數(shù)六、氫原子的光譜1、光譜的種類： （1）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。熾熱的固體、液體及高溫高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生連續(xù)光譜；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，不同元素的線狀譜線不同，又稱特征譜線。（2）吸收光譜：連續(xù)譜線中某些頻率的光被稀薄氣體吸收后產(chǎn)生的光譜，元素能發(fā)射出何種頻率的光

9、，就相應(yīng)能吸收何種頻率的光，因此吸收光譜也可作元素的特征譜線。2、氫原子的光譜是線狀的（這些亮線稱為原子的特征譜線），即輻射波長(zhǎng)是分立 的。3、基爾霍夫開創(chuàng)了光譜分析的方法： 利用元素的特征譜線（線狀譜或吸收光譜）鑒別物質(zhì)的分析方法。七、原子的能級(jí)1、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾（矛盾為：a、原子是不穩(wěn)定的；b、原子光譜是連續(xù)譜）， 1913年玻爾（丹麥）在其基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出玻爾理論。2、玻爾理論的假設(shè)：（1）原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。氫原子的各個(gè)定

10、態(tài)的能量值，叫做它的能級(jí)。原子處于最低能級(jí)時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫做 基態(tài)；原子處于較高能級(jí)時(shí)電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)的這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。（2）原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為en）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為em）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即h = en em（能級(jí)圖見3-5 第 58 頁）（3）原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。3、玻爾計(jì)算公式： rn =n2 r1 , en = e1/n2 (n=1,2,3)r1 =0.5310-10 m , e1 =

11、 -13.6ev ,分別代表第一條（即離核最近的 ）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。4、從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（碰撞時(shí)實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被電子吸收）；原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（光電效應(yīng)）5、一群氫原子處于量子數(shù)為n 的能級(jí)時(shí)（ n1），可能輻射出的光譜線條數(shù)為n= n(n-1)/2 。6、玻爾模型的成功之處在于它引入了量子概念（提出了能級(jí)和躍遷的概念，能解釋氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)光的機(jī)理、氫原子的線狀譜），局限之處在于它過多地

12、保留了經(jīng)典理論（經(jīng)典粒子、軌道等），無法解釋復(fù)雜原子的光譜。7、現(xiàn)代量子理論認(rèn)為電子的軌道只能用電子云來描述。8、可見光 hv 能量范圍：紅紫 1.61ev 3.10ev，氫原子能級(jí)3 躍遷到 2 放出紅光， 4 躍遷到 2 放出藍(lán)光。八、原子核的組成1、天然放射現(xiàn)象（1）天然放射現(xiàn)象能夠說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律（2）1896 年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗居里和皮埃爾居里經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。三種射線在磁場(chǎng)，電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡（3）三種射線的性質(zhì)射線帶正電， 粒子就是高速（0.1c）的氦原子核，貫穿本領(lǐng)很小，電離作用很強(qiáng)；射線帶負(fù)電，是高速（0.99c）電子流，貫穿本

13、領(lǐng)很強(qiáng)（幾毫米的鋁板），電離作用較弱；射線中電中性的，是波長(zhǎng)極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)（幾厘米的鉛板），電離作用很小。2、原子核的衰變、半衰期（1）原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?。在衰變中電荷?shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒。）。射線是 伴隨射線或 射線產(chǎn)生的，沒有單獨(dú)的衰變（ 衰變： 原子核處于 較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)。）。衰變 ：核內(nèi) 2 個(gè)中子和2 個(gè)質(zhì)子能十分緊密地結(jié)合在一起，在一定條件下它們會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中被拋射出來，于是，放射性元素就發(fā)生了衰變。例：本質(zhì)方程：衰變 ：核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子放射到核外，質(zhì)子

14、留在新核中。例：本質(zhì)方程：（2）半衰期： 放射性元素的 原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是對(duì)大量原子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。3、原子核的人工轉(zhuǎn)變?cè)雍嗽谄渌Ｗ拥霓Z擊下產(chǎn)生新核的過程，稱為核反應(yīng)（原子核的人工轉(zhuǎn)變）。在核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。a、1919 年盧瑟福用 粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子 即氫原子核。核反應(yīng)方程（第一次實(shí)現(xiàn)人工轉(zhuǎn)變） b、盧瑟福預(yù)想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子 。查德威克經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)中子，核反應(yīng)方程c、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子 ，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于

15、其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。d、1934 年，約里奧居里和伊麗芙居里夫婦在用 粒子轟擊鋁箔時(shí)，除探測(cè)到預(yù)料中的中子外，還探測(cè)到了正電子 。核反應(yīng)方程：（這是第一次用人工方法得到放射性同位素。）人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)： a、人工放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制。b、半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，廢料容易處理hethu422349023892hehn42111022epath012349123490ehn011110物理選修 3-5 知識(shí)點(diǎn) sunny 3 放射性同位素的應(yīng)用： 利用它的射線（貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學(xué)

16、效應(yīng)）a、工業(yè)探傷，測(cè)厚度；b、醫(yī)療上放射治療；c、照射種子，使遺傳基因變異，培育優(yōu)良品種；d、做示蹤原子。4、核力與結(jié)合能質(zhì)量虧損a、原子核能夠存在是由于核子間存在著強(qiáng)大的核力核力的特點(diǎn)：核力是強(qiáng)相互作用，在原子尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多核力是短程力，其作用范圍為1.5 10-15m ，0.8 10-15m 內(nèi)為表現(xiàn)為引力， 0.8 10-15m 外表現(xiàn)為斥力，超出1.5 10-15m急劇下降。每個(gè)核子只跟鄰近 的核子發(fā)生核力作用b、自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。c、結(jié)合能 ：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分

17、解為核子時(shí)吸收的能量叫原子核的結(jié)合能（核能）d、比結(jié)合能 ：結(jié)合能與核子數(shù)之比。比結(jié)核能越大，原子核中核子結(jié)合的越牢固，原子核越穩(wěn)定。f、我們把核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。愛因斯坦在相對(duì)論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式e=mc2，就是著名的質(zhì)能方程。5、重核的裂變輕核的聚變1、凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。 核子組成不同的原子核時(shí)，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個(gè)核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。 凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小

18、的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。2、1938 年德國(guó)化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變 ，即一個(gè)重核在俘獲一個(gè)中子后，分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程, 這個(gè)發(fā)現(xiàn)為核能的利用開辟了道路。鈾核裂變的核反應(yīng)方程：23592u10n14156ba9236kr310n。 3 、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為使其容易發(fā)生，最好使用純鈾235。因?yàn)樵雍朔浅Ｐ?，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過時(shí)，可能還沒有碰到鈾核就跑到鈾塊外面去了，因此存在能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積，即臨界體積、臨界質(zhì)量。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是裂變物的體積大于臨界體積，并有中子進(jìn)入。 4 、核反應(yīng)堆核燃料 ：鈾 235； 慢化劑 ：石墨、 重水、 普通水 （輕水） ，使快中子減速變成熱中子（慢中子） 適于引發(fā)核裂變；鎘棒 （控制棒） ：對(duì)中子具有很強(qiáng)的吸收能力，可用于控制核反應(yīng)快慢。核裂變的應(yīng)用有原子彈、核反應(yīng)堆。 5 、輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變。例：21h31h42he10n 發(fā)生聚變的條件是：超高溫（幾百萬度以上），因此聚變又叫熱核反應(yīng) ；太陽的能量產(chǎn)生于熱核反應(yīng)，可以用原子彈來引起熱核反應(yīng)。核聚變應(yīng)用有氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)。6、核聚變的優(yōu)點(diǎn)：a、輕核聚變產(chǎn)能效率高；b、地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富；c、輕核聚變更為安全、清潔。(1)105b42he137n() (2)94be()1