（精心整理）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)總結(jié)1、 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(shuō) 光電效應(yīng)方程 1、光電效應(yīng)（表明光子具有能量）（1）光的電磁說(shuō)

2、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(jiàn)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(lái)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(yáng)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)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，當(dāng)入射光的頻率高于截止頻率時(shí)才能發(fā)生光

3、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(guò)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(wú)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(guò)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(lái)源(金屬表面的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

4、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(ài)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：EkeUc.逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0h 0. 2、 光子說(shuō)：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、1918-1922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

5、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(guò)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(wú)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(wú)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，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

6、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。5、不確定關(guān)系（了解）：xp=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

7、、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(kāi)了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕（原子可再分）。（誰(shuí)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(guò)金箔后仍沿原來(lái)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(guò)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(shuō)：在原子的中心有一個(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)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。按照

8、這個(gè)學(xué)說(shuō)，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)原子核的大小（數(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，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(kāi)創(chuàng)了光譜分

9、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(shuō)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

10、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(jiàn)3-5第58頁(yè)）（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=1,2,3¼¼)r1 =0.53´10-10 m , E1 = -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

11、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)（n>1），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(guò)多地保留了經(jīng)典理論（經(jīng)典粒子、軌道等），無(wú)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(lái)描述。8、可見(jiàn)光hv能量范

12、圍：紅紫 1.61eV3.10eV，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(shuō)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(guò)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

13、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雍说乃プ儭Ｔ谒プ冎须姾蓴?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(méi)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(lái)，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

14、所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)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 原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新核的過(guò)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(guò)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

15、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 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)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(kù)侖力大得多核力是短程力，其作用范圍為1.5

16、×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(ài)因斯坦在

17、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(guò)程,這個(gè)發(fā)現(xiàn)為核能的利用開(kāi)辟了道路。鈾核裂變的核反應(yīng)方程：UnBaKr3n。 3、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過(guò)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。绻檳K的體積不夠大， 中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，可能還沒(méi)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；