高中物理選修3-5知識點-全面

高中物理選修3-知5識點梳理一、動量動量守恒定律1、動量：可以從兩個側面對動量進行定義或解釋：物體的質量跟其速度的乘積，叫做物體的動量。動量是物體機械運動的一種量度。動量的表達式P=mv。單位是kg€m；s.動量是矢量，其方向就是瞬時速度的方向。因為速度是相對的，所以動量也是相對的。2、 動量守恒定律：當系統(tǒng)不受外力作用或所受合外力為零，則系統(tǒng)的總動量守恒。動量守恒定律根據(jù)實際情況有多種表達式，一般常用等號左右分別表示系統(tǒng)作用前后的總動量。運用動量守恒定律要注意以下幾個問題：動量守恒定律一般是針對物體系的，對單個物體談動量守恒沒有意義。對于某些特定的問題,例如碰撞、爆炸等，系統(tǒng)在一個非常短的時間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部各物體相互作用力，遠比它們所受到外界作用力大，就可以把這些物體看作一個所受合外力為零的系統(tǒng)處理,在這一短暫時間內(nèi)遵循動量守恒定律。計算動量時要涉及速度，這時一個物體系內(nèi)各物體的速度必須是相對于同一慣性參照系的，一般取地面為參照物。動量是矢量，因此“系統(tǒng)總動量”是指系統(tǒng)中所有物體動量的矢量和，而不是代數(shù)和。動量守恒定律也可以應用于分動量守恒的情況。有時雖然系統(tǒng)所受合外力不等于零,但只要在某一方面上的合外力分量為零，那么在這個方向上系統(tǒng)總動量的分量是守恒的。動量守恒定律有廣泛的應用范圍。只要系統(tǒng)不受外力或所受的合外力為零，那么系統(tǒng)內(nèi)部各物體的相互作用，不論是萬有引力、彈力、摩擦力，還是電力、磁力，動量守恒定律都適用。系統(tǒng)內(nèi)部各物體相互作用時，不論具有相同或相反的運動方向；在相互作用時不論是否直接接觸；在相互作用后不論是粘在一起，還是分裂成碎塊，動量守恒定律也都適用。3、 動量與動能、動量守恒定律與機械能守恒定律的比較。動量與動能的比較：動量是矢量,動能是標量。動量是用來描述機械運動互相轉移的物理量而動能往往用來描述機械運動與其他運動（比如熱、光、電等）相互轉化的物理量。比如完全非彈性碰撞過程研究機械運動轉移——速度的變化可以用動量守恒，若要研究碰撞過程改變成內(nèi)能的機械能則要用動能為損失去計算了。所以動量和動能是從不同側面反映和描述機械運動的物理量。動量守恒定律與機械能守恒定律比較：前者是矢量式，有廣泛的適用范圍，而后者是標量式其適用范圍則要窄得多。這些區(qū)別在使用中一定要注意。4、碰撞：兩個物體相互作用時間極短，作用力又很大，其他作用相對很小，運動狀態(tài)發(fā)生顯著化的現(xiàn)象叫做碰撞。以物體間碰撞形式區(qū)分，可以分為“對心碰撞”（正碰）,而物體碰前速度沿它們質心的連線；“非對心碰撞”——中學階段不研究。以物體碰撞前后兩物體總動能是否變化區(qū)分，可以分為：“彈性碰撞”。碰撞前后物體系總動能守恒；“非彈性碰撞”，完全非彈性碰撞是非彈性碰撞的特例，這種碰撞，物體在相碰后粘合在一起，動能損失最大。各類碰撞都遵守動量守恒定律和能量守恒定律，不過在非彈性碰撞中，有一部分動能轉變成了其他形式能量，因此動能不守恒了。二、驗證動量守恒定律（實驗、探究）I【實驗目的】研究在彈性碰撞的過程中，相互作用的物體系統(tǒng)動量守恒．【實驗原理】利用圖2-1的裝置驗證碰撞中的動量守恒，讓一個質量較大的球從斜槽上滾下來，跟放在斜槽末端上的另一個質量較小的球發(fā)生碰撞，兩球均做平拋運動．由于下落高度相同，從而導致飛行時間相等，我們用它們平拋射程的大小代替其速度．小球的質量可以測出，速度也可間接地知道，如滿足動量守恒式m1v1=m1v1，+m2v2',則可驗證動量守恒定律．進一步分析可以知道，如果一個質量為m,速度為v＜的球與另一個質量為m2，速度為v2的球相碰撞，碰撞后兩球的速度分別為v,和v2'，則由動量守恒定律有：m1v1=m1v1'+m2叮.【實驗器材】兩個小球（大小相等，質量不等）；斜槽；重錘線；白紙；復寫紙；天平；刻度尺；圓規(guī). --/??P文案大全圖2-2【實驗步驟】用天平分別稱出兩個小球的質量m1和m2；按圖2-1安裝好斜槽，注意使其末端切線水平，并在地面適當?shù)奈恢梅派习准埡蛷蛯懠?，并在白紙上記下重錘線所指的位置O點.首先在不放被碰小球的前提下，讓入射小球從斜槽上同一位置從靜止?jié)L下，重復數(shù)次，便可在復寫紙上打出多個點，用圓規(guī)作出盡可能小的圓，將這些點包括在圓內(nèi)，則圓心就是不發(fā)生碰撞時入射小球的平均位置P點如圖2-2。將被碰小球放在斜槽末端上，使入射小球與被碰小球能發(fā)生正碰；讓入射小球由某一定高度從靜止開始滾下，重復數(shù)次，使兩球相碰，按照步驟(3)的辦法求出入球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N；過ON在紙上做一條直線，測出OM、OP、ON的長度；將數(shù)據(jù)代入下列公式，驗證公式兩邊數(shù)值是否相等(在實驗誤差允許的范圍內(nèi))：【注意事項】1．“水平”和“正碰”是操作中應盡量予以滿足的前提條件．2．測定兩球速度的方法，是以它們做平拋運動的水平位移代表相應的速度．3．斜槽末端必須水平，檢驗方法是將小球放在平軌道上任何位置，看其能否都保持靜止狀態(tài)．4．入射球的質量應大于被碰球的質量．5．入射球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下．方法是在斜槽上的適當高度處固定一檔板，小球靠著檔板后放手釋放小球．6．實驗過程中，實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變．7.m^OP=m^OM+m^ON式中相同的量取相同的單位即可.【誤差分析】誤差來源于實驗操作中，兩個小球沒有達到水平正碰，一是斜槽不夠水平，二是兩球球心不在同一水平面上，給實驗帶來誤差.每次靜止釋放入射小球的釋放點越高，兩球相碰時作用力就越大，動量守恒的誤差就越小.應進行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差.下列一些原因可能使實驗產(chǎn)生誤差：若兩球不能正碰，則誤差較大；

2．斜槽末端若不水平，則得不到準確的平拋運動而造成誤差；3．O、P、M、N各點定位不準確帶來了誤差；4．測量和作圖有偏差；5．儀器和實驗操作的重復性不好，使得每次做實驗時不是統(tǒng)一標準三、彈性碰撞和非彈性碰撞I碰撞：相互運動的物體相遇，在極短的時間內(nèi)，通過相互作用，運動狀態(tài)發(fā)生顯著變化的過程叫碰撞。碰撞的種類以物體間碰撞形式彳分類以物體間碰撞前后兩物體的總動能是否發(fā)生變化分類正碰斜碰彈性碰撞的過程叫碰撞。碰撞的種類以物體間碰撞形式彳分類以物體間碰撞前后兩物體的總動能是否發(fā)生變化分類正碰斜碰彈性碰撞非彈性碰完全非彈性⑴完全彈性碰撞：在彈性力的作用下，系統(tǒng)內(nèi)只發(fā)生機械能的轉移，無機械能的損失，稱完全彈性碰撞。⑵非彈性碰撞：非彈性碰撞：在非彈性力的作用下，部分機械能轉化為物體的內(nèi)能，機械能有了損失，稱非彈性碰撞。⑶完全非彈性碰撞：在完全非彈性力的作用下，機械能損失最大（轉化為內(nèi)能等），稱完全非彈性碰撞。碰撞物體粘合在一起，具有相同的速度。四、普朗克量子假說 黑體和黑體輻射 I一、量子論創(chuàng)立標志：1900年普朗克在德國的《物理年刊》上發(fā)表《論正常光譜能量分布定律》的論文，標志著量子論的誕生。量子論的主要內(nèi)容：普朗克認為物質的輻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”或稱“量子”，也就是說組成能量的單元是量子。物質的輻射能量不是連續(xù)的，而是以量子的整數(shù)倍跳躍式變化的。量子論的發(fā)展1905年，愛因斯坦獎量子概念推廣到光的傳播中，提出了光量子論。1913年，英國物理學家玻爾把量子概念推廣到原子內(nèi)部的能量狀態(tài)，提出了一種量子化的原子結構模型，豐富了量子論。

到1925年左右，量子力學最終建立。二、黑體和黑體輻射1．熱輻射現(xiàn)象任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波，并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布都與溫度有關。這種由于物質中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。?物體在任何溫度下都會輻射能量。?物體既會輻射能量，也會吸收能量。物體在某個頻率范圍內(nèi)發(fā)射電磁波能力越大，則它吸收該頻率范圍內(nèi)電磁波能力也越大。輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時溫度恒定不變。實驗表明：物體輻射能多少決定于物體的溫度（T）、輻射的波長、時間的長短和發(fā)射的面積。2.黑體物體具有向四周輻射能量的本領，又有吸收外界輻射來的能量的本領。黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。3．實驗規(guī)律：1）隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有增加；2）隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動。五、光電效應I1、光電效應⑴光電效應在光（包括不可見光）的照射下，從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象稱為光電效應。⑵光電效應的實驗規(guī)律：裝置：如右圖。任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應，低于極限頻率的光不能發(fā)生光電效應。光電子的最大初動能與入射光的強度無關，光隨入射光頻率的增大而增大。大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強度（反映單位時間發(fā)射出的光電子數(shù)的多少），與入射光強度成正比。金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9秒。2、波動說在光電效應上遇到的困難波動說認為：光的能量即光的強度是由光波的振幅決定的與光的頻率無關。所以波動說對解釋上述實驗規(guī)律中的①②④條都遇到困難3、光子說⑴量子論：1900年德國物理學家普朗克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量，hv.⑵光子論：1905年愛因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。即：匕=hv.其中€是電磁波的頻率，h為普朗克恒量：h=6.63x10-34J-s4、 光子論對光電效應的解釋金屬中的自由電子，獲得光子后其動能增大，當功能大于脫出功時，電子即可脫離金屬表面，入射光的頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量才能越大，飛出時最大初功能也越大。光電效應方程：E，hv?Wk0WE是光電子的最大初動能，當E=0時，v為極限頻率，v=-嚴.kkcch六、 光的波粒二象性物質波I光既表現(xiàn)出波動性，又表現(xiàn)出粒子性大量光子表現(xiàn)出的波動性強，少量光子表現(xiàn)出的粒子性強；頻率高的光子表現(xiàn)出的粒子性強，頻率低的光子表現(xiàn)出的波動性強.實物粒子也具有波動性，這種波稱為德布羅意波，也叫物質波。滿則下列關系：& ,h'V——，——hP從光子的概念上看，光波是一種概率波.七、 原子核式結構模型I1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型：⑴電子的發(fā)現(xiàn)：1897年英國物理學家湯姆生，對陰極射線進行了一系列研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細結構，從而打破了原子不可再分的觀念。裝置：如右圖?，F(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發(fā)生偏轉。有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉有極少數(shù)粒子的偏轉角超過了90°，有的幾乎達到180°，即被反向彈回。⑵原子的核式結構模型：由于粒子的質量是電子質量的七千多倍，所以電子不會使粒子運動方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對粒子的運動產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運動將不發(fā)生明顯改變。散射實驗現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。1911年，盧瑟福通過對粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉。原子核半徑約為10-15m，原子軌道半徑約為lO-i0m。⑶光譜觀察光譜的儀器，分光鏡光譜的分類，產(chǎn)生和特征發(fā)射光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生特征由熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生的由連續(xù)分布的，一切波長的光組成明線光譜由稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生的由不連續(xù)的一些亮線組成吸收光譜咼溫物體發(fā)出的白光，在連續(xù)光譜的背景上，

發(fā)射光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生特征通過物質后某些波長的光被吸收而產(chǎn)生的由一些不連續(xù)的暗線組成的光譜③光譜分析：一種元素，在高溫下發(fā)出一些特點波長的光，在低溫下，也吸收這些波長的光，所以把明線光波中的亮線和吸收光譜中的暗線都稱為該種元素的特征譜線，用來進行光譜分析。八、氫原子光譜I氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。1885年，巴耳末對當時已知的，在可見光區(qū)的14條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長可1 1 1以用一個公式表示：-R（一） n=3,4,5,…, 22n2式中R叫做里德伯常量，這個公式成為巴爾末公式。除了巴耳末系,后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫個光區(qū)的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。iiiiijil1i:!L!'iii410.29397.12 434.17 486.27 656.47入410.29397.12 434.17 486.27 656.47入/nmHe氏H Hp Ha九、原子的能級I玻爾的原子模型⑴原子核式結構模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面）a電子繞核作圓周運動是加速運動,按照經(jīng)典理論,加速運動的電荷,要不斷地向周圍發(fā)射電磁波,電子的能量就要不斷減少,最后電子要落到原子核上,這與原子通常是穩(wěn)定的事實相矛盾。b電子繞核旋轉時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核旋轉的頻率,隨著旋轉軌道的連續(xù)變小,電子輻射的電磁波的頻率也應是連續(xù)變化,因此按照這種推理原子光譜應是連續(xù)光譜,這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。⑵玻爾理論上述兩個矛盾說明,經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng),玻爾從光譜學成就得到啟發(fā),利用普朗克的能量量了化的概念,提了三個假設：定態(tài)假設：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，電子雖然做加速運動，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。躍遷假設：原子從一個定態(tài)（設能量為E）躍遷到另一定態(tài)（設能量為E）時,mn它輻射成吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定,即hv=Em－Enm－n軌道量子化假設，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。⑶玻爾的氫子模型：氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設基礎上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學，計算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的熱能。）氫原子的能級圖：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的表示出來即能級圖。其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。十、原子核的組成II汽粒子4—WI汽粒子4—W—飲射源（圖1）1、天然放射現(xiàn)象⑴天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn):1896年法國物理學，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。放射性：物質能發(fā)射出上述射線的性質稱放射性放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素天然放射現(xiàn)象：某種元素自發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象。這表明原子核存在精細結構，是可以再分的。⑵放射線的成份和性質：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡,如：圖1射線種類射線組成性質電離作用貫穿能力€射線氦核組成的粒子流很強很弱卩射線高速電子流較強較強€射線高頻光子很弱很強2、原子核的組成原子核的組成：原子核是由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子在原子核中有：質子數(shù)等于電荷數(shù)、核子數(shù)等于質量數(shù)、中子數(shù)等于質量數(shù)減電荷數(shù)十一、原子核的衰變半衰期I(1)衰變：原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質量數(shù)守恒衰變類型衰變方程衰變規(guī)律a衰變MX—TM-4Y,4HeZ Z-2 2、/電荷數(shù)減少2新核\質量數(shù)減少4…衰變mXtmY,oeZ Z,1 ?1、/電荷數(shù)增加新"［質量數(shù)不變在…衰變中新核質子數(shù)多一個，而質量數(shù)不變是由于反映中有一個中子變?yōu)橐粋€質子和一個電子，即：inTiH,oe.01 ?1€輻射伴隨著a衰變和…衰變產(chǎn)生，這時放射性物質發(fā)出的射線中就會同時具有a、…和€三種射線。⑵半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。十二、放射性的應用與防護放射性同位素I放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素同位素：具有相同的質子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時，發(fā)生核反應。1934年，約里奧一居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過a粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷30P，15即:4He,27Alt30P,in2 13 15 0反應生成物P是磷的一種同位素，自然界沒有天然的30P，它是通過核反應生成的人工15放射性同位素。與天然的放射性物質相比，人造放射性同位素：1、放射強度容易控制2、可以制成各種需要的形狀3、半衰期更短4、放射性廢料容易處理放射性同位素的應用：①利用它的射線A、 由于y射線貫穿本領強，可以用來Y射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫Y射線探傷儀.B、 利用射線的穿透本領與物質厚度密度的關系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制C、 利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電D、 利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等②作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.棉花在結桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收.但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長時間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究.如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決.放射性的防護：⑴在核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄⑵用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里⑶在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源十三、核反應方程I1.熟記一些實驗事實的核反應方程式。⑴盧瑟福用a粒子轟擊氦核打出質子：14N€4HeT17O€1HTOC\o"1-5"\h\z7 2 8 1⑵貝克勒耳和居