物理选修3-5-知识点总结.doc

.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：P = mv。单位是。动量是矢量，其向就是瞬时速度的向。因为速度是相对的，所以动量也是相对的。 冲量： 冲量是矢量，在作用时间力的向不变时,冲量的向与力的向相同；如果力的向是变化的,则冲量的向与相应时间物体动量变化量的向相同。若力为同一向均匀变化的力，该力的冲量可以用平均力计算；若力为一般变力，则不能直接计算冲量。同一向上动量的变化量=这一向上各力的冲量和。 动量定理： 动量与力的关系:物体动量的变化率等于它所受的力。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。（适用于目前物理学研究的一切领域.） 动量守恒定律成立的条件：系统不受外力作用。系统虽受到了外力的作用,但所受合外力为零。系统所受的外力远远小于系统各物体间的力时，系统的总动量近似守恒（碰撞，击打，爆炸，反冲)。系统所受的合外力不为零，但在某一向上合外力为零，则系统在该向上动量守恒。系统受外力，但在某一向上力远大于外力，也可认为在这一向上系统的动量守恒。 常见类型：由弹簧组成的系统，在物体间发生相互作用的过程中，当弹簧被压缩到最短或拉伸到最长时，弹簧两端的两个物体的速度必然相等。在物体滑上斜面（斜面放在光滑水平面上）的过程中，由于物体间弹力的作用，斜面在水平向上将做加速运动，物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平向具有共同的速度，物体到达斜面顶端时，在竖直向上的分速度等于零。子弹刚好击穿木块的临界条件为子弹穿出时的速度与木块的速度相同，子弹位移为木块位移与木块厚度之和。二、验证动量守恒定律(实验、探究) 【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入射球的质量应大于被碰球的质量3入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下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4.若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪器确保导轨水平.【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，以减小偶然误差三、碰撞与爆炸1。碰撞的特点：相互作用的时间极短，可忽略不计.系统的力远大于外力，外力可忽略。速度发生突变,物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置。2。爆炸的特点：作用时间短，力非常大,机械能增加，动能会增加。3.碰撞中遵循的规律：动量守恒，动能不增加。4.一维碰撞：两个物体碰撞前后斗艳同一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞.5。碰撞的广义性：只要通过短时间作用，物体的动量发生了明显的变化，都可视为碰撞，与物体是否发生“接触”无关。6.碰撞的分类从运动角度分类；碰撞前后两球的运动速度向与两球心的连线在同一条直线上的碰撞称为正碰（对心碰撞)；反之则为斜碰(非对心碰撞）。从能量角度分类：弹性碰撞：碰撞过程中无机械能的损失（碰撞后能分离）非弹性碰撞:碰撞过程中机械能有了损失完全非弹性碰撞:非弹性碰撞的一种，机械能损失最大(转化为能等），碰撞物体粘合在一起，或具有相同的速度.7。弹性正碰的讨论在光滑水平面上质量为m1的小球以速度v0与质量为m2的静止小球发生弹性正碰，碰撞后它们的速度分别为v1，v2结论：当m1m2时，v10，v2v0，即碰撞后小球A静止，小球B以小球A的初速度运动，两球交换速度，且小球A的动能完全传递给小球B，因此，m1m2是动能传递最大的条件. 当m1m2时,v10，即小球A、B向同一向运动，因 ,所以速度大小为v1v2，即两小球不会发生第二次碰撞。 若m1m2时，v1v0，v22v0，即当质量很大的物体A碰撞质量很小的物体B时,物体A的速度几乎不变，物体B以2倍于物体A的速度向前运动。 当m1m2时，则v10，即物体A反向运动。 若m1m2时，v1v0,v20,即物体A以原来大小的速度反向运动，而物体B不动，物体A的动能完全没有传给物体B，因此，m1m2是动能传递最小的条件。四、反冲运动 人船模型1. 反冲:一个静止的物体在力作用下分裂为两部分,一部分向某一个向运动，另一部分必然向相反的向运动的现象。（实质是相互作用的物体或同一物体的两部分之间的作用力和反作用力产生的效果。物体间发生相互作用时，有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加,作用力和反作用力都做正功。）2。反冲运动中有时遇到的速度是两物体的相对速度，应将相对速度转换成对地速度.3.人船模型：两个原来静止的物体发生相互作用,若所受外力的矢量和零，则当其中一个物体相对于另一物体运动时，另一物体反向运动,这样的问题为“人船模型”。满足m1v1m2v2=0 m1x1m2v2=0 L船=X船+X人 V人相对于船=V船+V人 V喷出气体相对于火箭=V火箭+V气体五、波粒二象性 一、黑体和黑体辐射1热辐射现象任物体在任温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。.物体在任温度下都会辐射能量。物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率围发射电磁波能力越大，则它吸收该频率围电磁波能力也越大。辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。2.黑体黑体是指在任温度下，全部吸收任波长的辐射的物体。（只与黑体的温度有关)3实验规律:1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短向移动。二、量子论 量子论的主要容: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=6.6310Js；光子的能量为h。三、光的粒子性 1、光电效应光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。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。光电效应的实验规律：装置：如右图。任一种金属都有一个截止频率,入射光的频率必须大于这个截止频率才能发生光电效应.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。从金属表面直接飞出的光电子才具有最大初动能。大于截止频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少)，与入射光强度成正比。金属受到光照，光电子的发射一般不超过109秒。遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc.对于一定颜色的光,无论光的强弱如，遏止电压都相同。2、光子说。光子论:1905年爱因斯坦提出：空间传播的光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子.4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大,当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面,入射光的频率越大，光子能量越大,电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。光电效应程：Ek 是光电子的最大初动能,当Ek =0 时,W。为金属的逸出功。nc为极限频率，nc=。3. 康普顿效应光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播向发生改变的现象.康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外,还有波长大于入射波长的成分的现象.表明光子除了能量之外还有动量,深入地及时了光的粒子性的一面。4。光子的动量：p=。四、光的波粒二象性 物质波 不确定性关系1.光既表现出波动性，又表现出粒子性。光既不同于宏观概念的粒子，也不同于宏观概念的波。2.光的波动性的实验基础：干涉，衍射。3。大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强4。实物粒子也具有波动性,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。物质波具有普遍性.物质波不同于机械波.满足下列关系：5.从光子的概念上看，光波是一种概率波.物质波也是概率波。6.不确定性关系：在微观物理学中,不可能同时准确的知道微观粒子位置和动量,这种关系叫不确定关系。表达式xph/4。其中x表示粒子位置的不确定量，p表示粒子在x向上的动量的不确定量,h是普朗克常量。五、原子核式结构模型1、电子的发现和汤姆生的原子模型：电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生,对阴极射线进行了一系列研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。且进一步研究发现电子是原子的组成部分。汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球,它的正电荷均匀分布在整个球体，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、粒子散射实验和原子核结构模型粒子散射实验:1909年,卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的。（射线：从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,带有两个单位的正电荷，质量为氢原子的4倍。）装置：如右图（在真空中）。现象：a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来向运动,不发生偏转。b. 有少数粒子发生较大角度的偏转c。 有极少数粒子的偏转角超过了90，有的几乎达到180,即被反向弹回。原子的核式结构模型：由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动向发生明显的改变,只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响.如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各向平衡,粒了运动将不发生明显改变.散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核,原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径约为10-15m，原子轨道半径约为10-10m。光谱观察光谱的仪器,分光镜 （光栅或棱镜） 光谱的分类,产生和特征发 射 光 谱连 续 光 谱产 生特 征由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的，一切波长的光组成明 线 光 谱由稀薄气体或金属的蒸汽发光产生的由不连续的一些亮线组成。吸 收 光 谱高温物体发出的白光,通过物质后某些波长的光被吸收而产生的，（得到的是所经物质的光谱)如太谱。在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱 光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，(各种原子的线状谱中的明线比它的吸收光谱中的暗线多一些.）用来进行光谱分析.只有线状谱和吸收光谱可用于光谱分析。（不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，因为月球是靠反射太才能使我们看到它。）六、氢原子光谱 （原子光谱可间接反映原子结构的特征）氢原子是最简单的原子,其光谱也最简单。1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示: n=3，4，5,式中R叫做里德伯常量,=1.10107m1这个公式称为巴尔末公式。(n7时氢原子所发出的光肉眼不能直接观察到.） 410.29397.12 434.17 486.27 656.47 nmH H H H H除了巴耳末系（电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末系），后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的其它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,具有分立特征。用经典的电磁理论无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征.七、原子的能级 玻尔的原子模型原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两面)a电子绕核作圆运动是加速运动，按照经典理论,加速运动的电荷，要不断地向围发射电磁波，电子的能量就要不断减少,最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率,随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化,因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。玻尔理论定态假设：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，电子虽然做加速运动,但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设:原子从一个定态（设能量为Em)跃迁到另一定态（设能量为En)时，它辐射或吸收一定频率的光子,它的电子会放出或吸收能量，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=EmEn轨道量子化假设,原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。玻尔的氢子模型：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，利用经典电磁理论和牛顿力学,计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径rn=n2r1,n=1，2，3，.。（其中r1=0。053nm）；以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，对氢原子有En=E1/n2，n=1，2,3。（其中E1=-13。6eV)（包括电子的动能和原子的热能.)氢原子的能级图:氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中n=1的定态称为基态.n=2以上的定态,称为激发态。 处于n能级的电子向低能级跃迁时有Cn2种可能情况。试原子发生跃迁的两种粒子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收。（但当光子能量E13。6eV时，氢原子仍能吸收此光子并发生电离。）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差就可使原子发生能级跃迁.（电子撞击原子时其能量不能全部传递给原子，光子照射原子时其能量可全部被原子吸收。）当原子从高能级向低能级跃迁时，轨道半径减小,库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小.反之，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。玻尔理论的局限性：无法解释复杂一些的原子的光谱现象。保留了经典粒子的观念，把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动.八、原子核的组成 原子核1、天然放射现象天然放射现象的发现:1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。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现象：某种元素自发地放射射线的现象，叫天然放射现象。这表明原子核存在精细结构,是可以再分的。放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹,如：图1（三种射线都来自原子核.)射 线 种 类射 线 组 成性 质电 离 作 用贯 穿 能 力射线氦核组成的粒子流很 强很 弱（用纸能挡住）射线高速电子流较 强较 强（穿透几毫米的铝板)射线高频光子（电磁波)很 弱很 强(穿透几厘米的铅板)2、元素的放射性与元素以单质还是化合物的存在形式无关，放射性强度也不受温度，外界压强的影响。3、原子核的组成原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子在原子核中有:质子数等于电荷数、核子数等于质量数、中子数等于质量数减电荷数九、原子核的衰变 半衰期 衰变:原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒衰 变 类 型衰 变 程衰 变 规 律 衰 变新 核 衰 变新 核 辐射伴随着衰变和衰变产生,不能单独发生衰变，这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。 匀强的磁场中静止的原子核发生衰变时,粒子与新生核的轨迹外切，若发生衰变，粒子与新生核的轨迹切。半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间,称该元素的半衰期。（质量减少很小)放射性元素衰变的快慢是由核部自身因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。N余=N原（1/2）t/T N原表示衰变前的原子数，N余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数，t表示衰变时间，T表示半衰期。十。放射性的应用与防护 放射性同位素 1.探测放射线的法主要是利用放射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在,这些现象主要是:使气体或液体电离，放射线中的粒子可使过饱和蒸气产生雾滴或使过热液体产生气泡；放射线中的粒子会使照相树胶感光；放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光。 仪器：威尔逊云室，气泡室，盖革米勒计数器。2。放射性同位素:有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素3。同位素:具有相同的质子和不同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.4.正电子的发现:用粒子轰击铝时，发生核反应.(实质：用栗子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核部使核子重组，形成新核。）5.与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素:放射强度容易控制、可以制成各种需要的形状、半衰期更短、放射性废料容易处理。6.放射性同位素的应用：利用它的射线A、由于射线贯穿本领强，可以用来射线检查金属部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫射线探伤仪B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,从而实现自动控制C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种,也可以利用它杀菌、治病等作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体能存留多长时间、磷在作物体的分布情况等，用通常的法很难研究如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决7。放射性的防护：在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱，并埋在深海里在生活中要有防意识，尽可能远离放射源十一、核反应程 1.熟记一些实验事实的核反应程式。卢瑟福用粒子轰击氦核打出质子： 贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象:衰变: 衰变: 查德威克用粒子轰击铍核打出中子： 居里夫人发现正电子： 轻核聚变: 重核裂变：2。熟记一些粒子的符号 粒子(）、质子（）、中子()、电子（）、氘核（）、氚核（）3。注意在核反应程式中,质量数和电荷数是守恒的。十二 四种基本相互作用1.核力(强力):把核子紧紧的束缚在核，形成稳定原子核的力。在原子核的尺度，核力比库仑力大得多.核力作用围在1。510-15m之，核力在大于0.8*1015m时表现为吸引力，且随距离增大而减小,超过1。51015m，核力急剧下降几乎消失;而在距离小于0.8*1015m时，核力表现为斥力。每个核子之和临近的核子发生核力作用.2。弱力：存在于原子核，是引起原子核衰变的原因。力程为10-18m，作用强度比电磁力小.3。四种基本相互作用包括短程力（强相互作用，弱相互作用），长程力（电磁力,万有引力)(在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。4.万有引力在宏观和宇观尺度上维系了行星、恒星、星系团的运转关系，电磁力使电子绕原子核运转而构成原子，原子又组成分子，形成固体、液体、气体;核力使核子聚集在一起且不能融合在一起而构成原子核；弱相互作用使中子和质子转变,引起衰变。5。已发现的粒子分为：强子(质子、中子、介子、超子）；轻子（电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子)；媒介子（光子、中间玻色子、胶子）6.强子由夸克构成，电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。十三原子核中质子和中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；较重的原子核，中子数大于质子数,且越重的元素,两者差越多.十四、结合能和质量亏损1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。（核力把核子紧紧地束缚在一起，核力做正功，放出能量，即为结合能.）2.比结合能：原子核的结合能与其核子数之比，也叫平均结合能。比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等质量的原子核最稳定.3。质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 爱因斯坦质能程：E=mc2或E=mc2 1u=931MeV（E=m931MeV） 1eV=1.61019J 核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转变为能量，物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。4.核能的计算法:根据质量亏损计算；根据能量守恒和动量守恒来计算；利用平均结合能来计算:原子核的结合能=核子的平均结合能核子数。核反应中反应前系统所有原子核的总结和能与反应后生成的所有新核的总结和能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。应用阿伏伽德罗常数计算:若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，思路:求出原子核的个数N=NAn=NA(m/M) 再由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0， 根据E=NE0求出总能量。十五、重核裂变 核聚变 释放核能的途径裂变和聚变裂变反应:裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如： 链式反应:在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件: 临界体积(裂变物质能够发生链式反应的最小体积),极高的温度。裂变时平均每个核子放能约200Mev能量1kg全部裂变放出的能量相当于2800吨煤完全燃烧放出能量!核反应堆的组成：a.燃料:铀棒.b.慢化剂（使中子变为慢中子）：常采用墨、重水或普通水.c。控制棒:镉棒（吸收中子）。d。保护层：反应堆外层是很厚的水泥壁。聚变反应：聚变反应（又叫热核反应）:轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。例如： 一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时(同时放出一个中子）,释放出17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量3MeV以上。比裂变反应中平均每个核子放出的能量大34倍。聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温（氢弹需要用原子弹爆炸产生的高温高压引发核爆炸）。太阳能就来自于太阳部聚变释放的核能。聚变的难点:地球上没有任容器能够经受热核反应的高温。 控制法：磁约束、惯性约束. 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