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文檔簡介
1、高中物理3-5內(nèi)容摘要一、動量守恒定律1探究碰撞中的不變量:熟悉教材中的幾個案例。2、動量、動量守恒定律:動量守恒定律是一個獨立的實驗規(guī)律,它適用于目前為止物理學研究的一切領(lǐng)域,而牛頓運動定律只適用于低速、宏觀領(lǐng)域。3、彈性碰撞和非彈性碰撞、對心碰撞和非對心碰撞、散射(微觀粒子的碰撞)4、反沖運動、火箭:火箭噴出的燃氣的速度越大、火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比越大,火箭獲得的速度越大。二、波粒二象性1熱輻射:一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關(guān),所以叫做熱輻射。2、黑體:如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對黑體,簡稱黑體。3、黑體輻射規(guī)
2、律:溫度越高各種波長的輻射強度都增加,同時,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。(普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象)4、能量量子化:1900年德國物理學家普朗克提出振動著的帶電微粒的能量只能是某個最小能量值£的整數(shù)倍,這個不可在分的能量值&叫做能量子£=h:。(h為普朗克常數(shù)(6.63-34x10J.S)宏觀物體的能量值是連續(xù)的,而微觀粒子的能量是分立的,是量子化的。5、光電效應(yīng)(表明光子具有能量)1887年由赫茲證實。同時赫茲偶爾發(fā)現(xiàn),接收電路的間隙如果受到光照,就更容易產(chǎn)生電火花,這就是最早發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng),也是赫茲細致觀察的意外收獲。(1)光的電磁說使光
3、的波動理論發(fā)展到相當完美的地步,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,單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。12 存在遏止電壓:一meve=euc2 截止頻率:光電子的能量與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強弱無關(guān),當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng) 效應(yīng)具有瞬時性:光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過10-9s。6、光子說:光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為v的光的能量子為hv。這些能量子被成為光子。7、光電效應(yīng)方程:Ek=h:-Wo同時
4、,h:截止=WO8、康普頓效應(yīng)(表明光子具有動量,具有粒子性)(1)、1918-1922年康普頓(美)在研究石墨對X射線的散射時發(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,有些散射光的波長比入射光的波長略大,這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。(3) 、光子的動量:P=Z9、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:由于光既有波動性,又有粒子性,只能認為光具有波粒二象性。但不可把光當成宏觀觀念中的波,也不可把光當成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性,大量光子運動表現(xiàn)為波動性;光在傳播時顯示波動性,與物質(zhì)發(fā)生作用時
5、,往往顯示粒子性;頻率小波長大的波動性顯著,頻率大波長小的粒子性顯著。(2)、物質(zhì)波:1924年德布羅意(法)提出,實物粒子和光子一樣具有波動性,任何一個運動著的物體都有一種與之對應(yīng)的波,波長,二一,這種波叫物質(zhì)波,也叫德布羅意波。p電子束穿過鋁箔后形成衍射圖樣。顯微鏡的分辨本領(lǐng):電子束也是一種波,如果把電子加速,使它的動量很大,它的德布羅意波長會很短,衍射現(xiàn)象的影響就小多了,這樣就可以大大提高分辨能力。這種使用電子束工作地顯微鏡叫做電子顯微鏡。(3)、概率波:從光子的概念上看,光波是一種概率波。(4)、不確定關(guān)系:心xp=,也x表示粒子位置的不確定量,Ap表示粒子在x方向上4兀的動量的不確定
6、量,h為普朗克常數(shù)。在微觀物理學中,不確定關(guān)系告訴我們,如果要更準確地確定粒子的位置,那么動量的測量一定會更不準確,即不可能同時準確的知道粒子的位置和動量,因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動。三、原子結(jié)構(gòu)1原子核式模型結(jié)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。(2)、1909年起英國物理學家盧瑟福做了a粒子轟擊金箔的實驗,即a粒子散射實驗(實驗裝置見必修本P257)得到出乎意料的結(jié)果:絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,少數(shù)a粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),并且有極少數(shù)a粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°,有的甚至被彈回,偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°。(3)、盧
7、瑟福在1911年提出原子的核式結(jié)構(gòu)學說:在原子的中心有一個很小的核,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,帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。按照這個學說,可很好地解釋a粒子的散射實驗結(jié)果,a粒子散射實驗的數(shù)據(jù)還可以估計原子核的大小(數(shù)量級為10-15m)。2、氫原子的光譜(1)、某種原子的氣體通電后可以發(fā)光并產(chǎn)生固定不變的光譜,這種光譜稱為原子光譜。(2)、氫原子的光譜是線狀的,即輻射波長是分立的。3、原子的能級(1)、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說跟經(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
8、用到原子系統(tǒng)上,提出玻爾理論。(2)、玻爾理論的假設(shè):a. 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,電子雖然繞核運動,但并不向外輻射能量,這些狀態(tài)叫做定態(tài)。氫原子的各個定態(tài)的能量值,叫做它的能級。原子處于最低能級時電子在離核最近的軌道上運動,這種定態(tài)叫做基態(tài);原子處于較高能級時電子在離核較遠的軌道上運動的這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。b. 原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為巳)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E)時,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(能級圖見3-5第64頁)c. 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)
9、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。2E"-10一)ri=0.53>d0m,Ei=-13.6eV、玻爾計算公式:rn=nri,En=亍(n=1,2,3n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動時的能量。(選定離核無限遠處的電勢能為零,電子從離核無限遠處移到任一軌道上,都是電場力做正功,電勢能減少,所以在任一軌道上,電子的電勢能都是負值,而且離核越近,電勢能越小。)四、原子核1、原子核的組成(1) 、1919年盧瑟福用a粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應(yīng)方程這是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變、盧瑟福預(yù)想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的
10、不帶電的中性粒子,即中子。查德威克經(jīng)過研究,證明:用天然放射性元素釙放出的a射線轟擊鈹時,會產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強(10-20厘米的鉛板)的不帶電粒子,用其轟擊石蠟時,竟能從石蠟中打出質(zhì)子,此貫穿能力極強的射線即為設(shè)想中的中子。核反應(yīng)方程He-»?C+Jn(3)、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。2、天然放射現(xiàn)象:(1)人類認識原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律,是從天然放射現(xiàn)象開始的。(2)1896年法國物理學家貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性,在他的建議下
11、,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。(3)用磁場來研究放射線的性質(zhì) a射線帶正電,偏轉(zhuǎn)較小,a粒子就是氦原子核,貫穿本領(lǐng)很小(在空氣中只能前進幾厘米),電離作用很強,使底片感光作用很強。 B射線帶負電,偏轉(zhuǎn)較大,是高速電子流,貫穿本領(lǐng)很強(幾毫米的鋁板),電離作用較弱。 丫射線中電中性的,無偏轉(zhuǎn),是波長極短的電磁波,貫穿本領(lǐng)最強(幾厘米的鉛板和幾十厘米的混凝土),電離作用很小。3、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。丫射線是伴隨a射線或B射線產(chǎn)生的,沒有單獨的丫衰變。(2) 、半衰期:放射性元素的
12、原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。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)或化學狀態(tài)無關(guān),它是對大量原子的統(tǒng)計1剩=口原()21規(guī)律。N剩=“原()T24、放射性的應(yīng)用與防護放射性同位素(1) 、放射性同位素的應(yīng)用:a利用它的射線(貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學效應(yīng));b做示蹤原子。(2) 、放射性同位素的防護:過量的射線對人體組織有破壞作用,這些破壞往往是對細胞核的破壞,因此,在使用放射性同位素時,必須注意人身安全,同時要放射性物質(zhì)對空氣、水源等的破壞。5、核力與結(jié)合能質(zhì)量虧損、核力的特點:是強相互作用的一種表現(xiàn),是短程力,作用范圍在1.5x10-15m之內(nèi),在大于0
13、.8x10-15m時表現(xiàn)為吸引力,隨距離增大而減小,超過1.5x10-15m,核力急劇下降幾乎消失,而在距離小于0.8x10-15m時,表現(xiàn)為斥力。每個核子只跟臨近的核子發(fā)生核力作用,為核力的飽和性。(2) 弱相互作用(弱力)是引起原子核B衰變的原因,即引起中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。是短程力,其力程比強力更短,為10-18m作用強度則比電磁力小。(3)自然界中較重的原子核,中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重相差越多。比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子月穩(wěn)定。中等大小的核的比結(jié)合能最大,(平均每個核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。(3) 由于核子間存在著強大的核力(強力),所以核子結(jié)合成原子核或
14、原子核分解為核子時,都伴隨著巨大的能量變化。(4) 、我們把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。愛因斯坦在相對論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式_,就是著名的質(zhì)能聯(lián)系方程,簡稱質(zhì)能方程。1u=kg相當于MeV.6、原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)、原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新核的過程,稱為核反應(yīng)。在核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。舉例:(a)如知識八中a粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子(b)1934年,約里奧居里和伊麗芙居里夫婦在用a粒子轟擊鋁箔時,除探測到預(yù)料中的中子外,還探測到了正電子。核反應(yīng)方程為Al+;HeT;:F+:ti30口30a+°e,15rt14oi1e這是第一次用人工方法得到放射性同位素7、重核的裂變輕核的聚變(1)、1938年德國化學家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變,即一個重核在俘獲一個中子后,分裂成幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程,這發(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,其中有兩種很典型的反應(yīng)是:2351139951235114192192U0n>54Xe38Sr2。n,92U°n56Ba36Kr3°n(2)、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應(yīng)。為使其容易發(fā)生,最好使
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