高考物理选修3-5知识点归纳汇编.docx

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1、 学习-好资料1、热辐射固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。对热辐射的初步认识：任何物体任何温度均存在热辐射。辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。对于一般材料的物体，温度越高，热辐射的波长越短、强度越强。物体在室温时热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强。例如投在炉中的铁块由于不断加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。热辐射强度还与材料的种类、表面状况有关。热辐射的过程中将热能转化为电磁能。研究黑体辐射的

2、规律是了解一般物体热辐射性质的利用分光技术和热电偶等设备就能测出它所辐射的从中可以看出，随着温度的升高，一方面各种波长物体中存在着不停运动的带电微粒，每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。人们很自然地要依据热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的解释。德国物理学家维恩在 1896 年、英国物理学家瑞利在 1900年分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。3、能量子 学习-好资料是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量 （称为能量子）的整数倍，即： , 1 , 2 , 3 , . n . n 为正整数

3、，称为量子数。对于频率为 的谐振子最小能量为 =h ，其中 是电磁波的频率，h 是一个常量，后被称为普朗克常量，其值为 h=6.62610-34Js。注意：宏观世界中我们说的能量值是连续的，而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假设，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，如图所示，与实验符合令人击掌叫绝。要点诠释：1、光电效应现象在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象，叫光电效应。光电效应中发射出来的电子叫光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。研究光电效应规律的实验装置如图，阴极K 和阳极 A 是密封在真空玻璃管中的两个

4、电极，K 在受到光照时能够发射光电子。电源加在 K 与 A 之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，阳极A 吸收阴极 K 发出的光电子，在电路中形成了光电流。利用这个图示的电路就可以研究光电流和照射光的强度、光的频率（颜色）等物理量之间的关系。s如果用一定频率和强度的单色光照射阴极K，改变加在 A 和 K 两极间的电压 U，测量光电流 I 的变化，则可得如图所示的伏安特性曲线。更多精品文档 学习-好资料实验表明：光电流 I 随正向电压 U 的增大而增大，并逐渐趋于其饱和值I ；而且饱和电流 I 的大小与入射光强度ss成正比。这一实验结果可以解释为，控制入射光的强度、频率

5、不变时，从阴极K 射出的电子的数目和初速度相同，当增加电压时射到阳极 A 的电子的速度增大，根据 Inqvs 可知电流增大，但速度增大不能无限地增大，最大速度是光速，所以电流存在饱和值。当光电流达到饱和时，阴极K 上所有逸出的光电子全部飞到了阳极 A 上，即：Is= ne，其中 n是单位时间内阴极 K 上逸出的光电子数。控制电压和光的频率不变，增大入射光的强度，n 增大，饱和电流越大。因此光电效应的上述实验结果也可以表述为：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强度成正比。a.当所加电压为零时，电流 I 并不为零只有施加反向电压，电流才有可能为零由上图可见，A 和 K 两极间的电压为零时

6、，光电流并不为零，只有当两极间加了反向电压U=-U ，无论光多么微弱，从光照射阴极到光电子逸出，这段时间不超过 10-9s。但是按照波动理论，应得出如下结论：光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏制电压UC 应该和光的强弱有关，但事实是在入射光的频率相同的情况下，改变入射光的强度，遏制电压不变；不管光的频率如何，只要光足够强，电子就可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率，但事实上存在截止频率，当入射光的频率小于截止频率时，无论入射光多么强，都不会看到光电效应；如果光很弱，按照经典电磁理论估算，电子需要几分钟或者十几分钟的时间才能获得逸出表面所需要的能量，这些结论都与实验结果相矛盾。众多的

7、疑难呼唤着新的思想，新的观念，新的理论。1、新理论的诞生光子说更多精品文档 学习-好资料（1）背景普朗克在研究热辐射规律时发现，只有认为电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份地进行的，理论计算相同点：都认为能量是不连续的，而是一份一份的，每一份能量为 =h 。（能量量子化）不同点：普朗克认为能量子仍以波的形式传播；爱因斯坦认为光子在空间的传波向粒子一样。注意：爱因斯坦的光子与牛顿的粒子有着本质的不同。光子是只有能量而无静止质量的粒子，而牛顿的粒子是指实物粒子。2、光子说对光电效应的解释光是由一个个光子组成，被光子“打中”的电子，这个光子的能量就全部给这个电子，而没有被光子“打中”的电子，则

8、一点能量也没有获得。得到能量的电子，动能立即增大，而不需要积累能量的过程。如果这个能量足够大，则电子就挣脱金属的束缚而射出来，即产生光电效应；如果这个能量不足以挣脱金属的束缚，则不能产生光电效应。频率一定时，光强越大，即光子的数目越多，获得能量的电子也越多，即光电子的数目与光强成正比。3、爱因斯坦的光电效应方程当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能就增加了，如果电子的动能足够大，能够克服内部原子对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子，这就是光电效应。电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，并不出来。向金属表面运动

9、的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同，因此从表面出来时的初动能不同。只有直接从金属表面出来的光电子才具有最大初动能。这些光电子克服金属原子的引力所做的功叫做逸出功。m这个方程叫爱因斯坦的光电效应方程。对于一定的金属来说，逸出功 W 的值是一定的。所以入射光子的频率 越大，光电子的最大初动能也越大。在入射光频率一定时，如果入射光比较强，即单位时间内入射的光子数目多，产生的光电子也多，所以光电流的知识点四康普顿效应要点诠释：更多精品文档 学习-好资料1、光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。2、康普顿效应英国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的

10、色散时，发现在色散的 X 射线中，除了与入射波长 相同的成分外，00能不能把光看成波而解释这个现象呢？不能，因为光是电磁波，入射光将引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光吸收能量，并向四周辐射。这就是散射光。散射光的频率应该等于入射光的频率，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现 0 的散射光，综上所述，若将入射光看成是波的话，那么散射光的波长和入射光的波长相同，不会出现 0 的散射光，即经典理论与实验事实出现了矛盾。康普顿用光子的概念十分成功地解释了这种效应，他的基本思想是，X 射线不仅具有能量，也像其他粒子那样，具有动量，X 射线的光子与晶体中的电子发生碰撞时，

11、不仅要遵守能量守恒定律而且要遵守动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化量 ，理论结果和实验符合得很好。光电效应和康普顿效应深入地解释了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了能量之外还具有动量。3、光子的动量一定的质量 m 与一定的能量 E 相对应：E=mc2光子的能量 E=h在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小。从 p=h/ 看，动量 p 减小意味着波长 变大，因此有些光子散射后波长变大。知识点五粒子的波动性要点诠释：光的干涉、衍射和偏振等现象无可争辩地表明光具有波动性；而光电效应又无可争辩地表明光是具有能

12、量从古代光的微粒说，到托马斯杨和菲涅尔的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁理论，到爱因斯坦的光子理论，我们可以看出：光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。（1）大量光子的传播规律体现波动性；个别光子的行为体现为粒子性。（2）频率越低，波长越长的光，波动性越显著；频率越高，波长越短的波，粒子性越显著。（3）可以把光的波动性看做是表明大量光子运动规律的一种概率波。1924 年，法国物理学家德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。他提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,而且粒子的能量 和动量 p 跟它所对应的波的频率 和波长之间

13、，也向光子跟光波一样，遵从如下关系：p=mv=h/由于这种波不是由电磁场引起，而是由实物的运动形成，这种与实物粒子相联系的波后来称为物质波，亦称德布罗意波，而 =h/mv=h/p 称为德布罗意波长公式。说明：物质波是一种概率波，在一般情况下，对于电子和其它微观粒子，不能用确定的坐标来描述它们的位置，更多精品文档 学习-好资料也无法用轨道描述它们的运动，但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的，故物质波也是一种概率波。光的干涉和衍射是光具有波动性的有力证据。因此如果电子、原子等实物粒子也真的具有波动性，那么他们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射现象。这是验证物质波是否存在的一条途径。192

14、7 年，英国物理学家 GP汤姆逊用电子束穿过很薄的金属片，观察到了电子的衍射图样，从而证实了电子的波动性。宏观物体的质量比微观粒子大得多，它们运动时的动量很大，对应的德布罗意波长很小，所以平常根本无法观察到它们的波动性。要点诠释：1、概率波光既表现出波动性又表现出粒子性，很难用宏观世界的观念来认识，必须从微观的角度建立起光的行为图景，认识光的波粒二象性。如在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，其运动是不可控制的，但对大量光子而言，它们落在光屏上的位置又有规律性，即某些区域光子落点多，另一些区域光子落点少，落点多的区域就是亮条纹，落点少的区域就是暗条纹。这说明大量光子产生的效果显示

15、出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性。光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身具有的属性。光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定。因此说光波是一种概率波。对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们联系的物质波和光波一样，也是概率波。也就是说单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，例如衍射条纹的分布等。2、不确定关系在经典力学中，描述粒子的运动状态在于确定任一时刻粒子的位置和动量，这种描述，在宏观领域是可行的，而在微观世界就根本不适用。原因在于粒子具有波粒二象性，在同一时刻，粒子

16、的坐标和动量就不可能都具有确定的值。从光的单缝衍射实验可以看出，屏上的亮点实际反映了粒子(光子)到达该点的概率，入射的粒子可以认为有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。对于通过挡板的粒子来说，它们的位置被狭缝限定了，它们的位置不确定量减小了，不过我们仍不能准确地说出射到屏上的粒子在通过狭缝时的准确位置，因为狭缝有一定的宽度 a，从这儿可以看出，粒子动量的不确定性增加了。利用数学方法可以对微观粒子的运动进行分析，如果以 x 表示粒子的位置的不确定量，用 p 表示粒子在 x 方向上的动量的不确定量，可以得出：更多精品文档 000（1）光电效应的最大初动

17、能随入射光频率的增大而增大；（2）光电流的强度跟入射光强度成正比。,对于某一金属而言，逸出功 W 是一定的，普朗克恒量 h 是一常数，故从上式可以看出，最大初动能与放射光频率 是成一次函数关系，确实不是成正比的，光电流的强度是由从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目是由入射光的数目决定的，所以我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比。更加清楚的逻辑推理见下图：复习要点1、了解玻尔原子理论及原子的核式结构。 学习-好资料aa（1） 粒子散射实验的目的、设计及设计思想。a目的：通过 粒子散射的情况获取关于原子结构方面的信息。aa设计：在真空的环境中，使放射性元素钋放射

18、出的 粒子轰击金箔，然后透过显微镜观察用荧光屏接收到的 粒ABDC设计思想：与某一个金原子发生作用前后的 a 粒子运动情况的差异，必然带有该金原子结构特征的烙印。搞清a这一设计思想，就不难理解卢瑟福为什么选择了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每个 粒子在穿过金箔过程a中尽可能只与某一个金原子发生作用）和为什么实验要在真空环境中进行（避免气体分子对 粒子的运动产生影响）。aaaaa由于电子质量远远小于 粒子的质量（电子质量约为 粒子质量的7300），即使 粒子碰到电子，其运动方向也不会发生明显偏转，就象一颗飞行的子弹碰到尘埃一样，所以电子不可能使 粒子发生大角度散射。而只能是因为原子中除电子

19、外的带正电的物质的作用而引起的；a使 粒子发生大角度散射的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均均分布aa的， 粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消，因而也不可能使 粒子发生大角度偏转，a90，个别甚至被弹回，都说a其次，原子中除电子外的带正电的物质不应是均匀分布的（否则对所有的 粒子来说散射情况应该是一样的），而a“绝大多数”“少数”和“极少数” 粒子的行为的差异，充分地说明这部分带正电的物质只能高度地集中在在一个很小的a区域内；再次，从这三部分行为不同的 粒子数量的差别的统计，不难理解卢瑟福为什么能估算出这个区域的直径约（1）核式结构的具

20、体内容：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子直径的数量级为 -10 ，而原子核直径的数量级约为 -15。 学习-好资料核式结构的提出，是建立在 a 粒子散射实验的基础之上的。或者说：卢瑟福为了解释 a 粒子散射实验的现象，不得不对原子的结构问题得出核式结构的理论。原子核式结构与经典电磁理论的矛盾：原子结构是否稳定和原子光谱是否为包含一切频率的连续光谱。玻尔的原子理论三条假设（1）“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，电子虽做变速运动，但并不向外辐定态假设实际上只是给经典的电磁理

21、论限制了适用范围：原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。（2）“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定 hv=E -E 。21跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。（3）“轨道量子化假设”： 原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应。轨道半径也是不连续的。氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为 E = E ，对应的轨道半径关系式n=， 其 中 n 叫 量 子 数 ， 只 能 取 正 整 数 。 n =1 的 状 态 称 为 基

22、态 ， 氢 原 子 基 态 的 能 量 值21E = -13.6eV,r = 0.5310 10 m 。量子数 越大，动能越小，势能越大，总能量越大。-n111=E (E = -13.6eV)；该能量包括电子绕核运动的动能和电子与原子核组成的系统的电势能。能级公式：En211n= n r (r = 0.53 A)半径公式：r2n11（2）氢光谱在氢光谱中，n=2，3，4，5，向 n=1 跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6 向 n=2 跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7向 n=3 跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8向 n=4 跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线的前 4

23、 条谱线落在可见光区域内。5、光子的吸收与发射原子从一种定态（能量为E ），跃迁到另一种定态（能量为E 终），它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由初E E ，则辐射光子；若E E，则吸收光子。这两种定态的能级差决定：即hn。若终初终初终能级跃迁：使原子发生跃迁时，入射的若是光子，光子的能量必须恰好等于两定态能级差；若入射的是电子，电子的能量须大于或等于两个定态的能级差。电离：不论是光子还是电子使元子电离，只要光子或电子的能量大于两能级差就可以使其电离。更多精品文档 学习-好资料第二模块：天然放射现象夯实基础知识物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性的元素。所有原子序数大于

24、82 的元素，都能自发地放出射线（有些原子序数小于 83 的元素也具有放射性）。元素的这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。将放射性物质放出的射线进行实验（如射入磁场中的偏转实验等），表明放射性物质放出的射线有三种：射线、射线、 射线，将它们的特征列表对比如下：3g射线射线射线电子带 正 电带负电（-e）接近 c不带电（2e）1cc约为小（空气中大（穿透几 厘 米铅板）中（穿透几毫米铝板）天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出 粒子或 粒子，并不表明原子核内有 粒子或 粒子（很明显， 粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在），放出后就变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变。3

25、、天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。（衰变过程中一般会有质量变化，但仍然遵循质量数守恒）a 衰变：随着 a 衰变，新核在元素周期表中位置向后移2 位，即 X44MZ2bb Y + e 衰变：随着 衰变，新核在元素周期表中位置向前移 1 位，即 X0 。实质是中子转化为质子和MMZ-1电子。g 衰变：随着 衰变，变化的不是核的种类，而是核的能量状态。但一般情况下， 衰变总是伴随 a 衰变或 衰变进行的。ggb 学习-好资料m = m (1 )N/ 式中 、m 分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，t /T，t T余原2余原2原原N 、m 分

26、别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量， 表示衰变时间， 表示半衰期。tT余余（5）理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义。第一种错误认识是：N （大0量）个放射性元素的核，经过一个半衰期 T，衰变了一半，再经过一个半衰期 T，全部衰变完。第二种错误认识是：若有 4 个放射性元素的核，经过一个半衰期 T，将衰变 2 个。事实上，N （大量）个某种放射性元素的核，经过时间01N = N 而对于少量的核（如 4 个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上Tt 后剩下的这种核的个数为0第三模块：核反应 核能原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为

27、核反应。用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为AZ其中 X 是靶核的符号，x 为入射粒子的符号， 是新生核的符号，y 是放射出的粒子的符号。AZ2、原子核的人工转变：原子核的人工转变就是一种核反应。和衰变过程一样，在核反应中，质量数和核电荷数都守恒。例如历史上首先发现质子1H 和中子 1n 的核反应方程分别为:101919 年卢瑟福首先做了用 a 粒子轰击氮原子核的实验。在了解卢瑟福的实验装置、进行情况和得到的实验结果后，14 N 14721这是人类第一次发现质子的核反应方程。另外，对1930 年查德威克发现中子的实验装

28、置、过程和结果也应有个基本的了解。值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中，运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，排除了g 射线的可能性，确定了是一种粒子中子，发现中子的核反应方程1 ，0这同样是应该记住的。3、核能更多精品文档 学习-好资料（1）核能由于原子核间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而把核反应中放出的能量称为核能。E mc 或 E( D = Dmc)。2=2这就是著名的爱因斯坦质能方程。因此在计算核能时，可以通过首先计算质量亏损m，再代入质能方程中即可求出核能。必须注意:爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这

29、两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的 光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于质量的亏损，所以质量守恒，能量守恒仍成立。DD D DE= mc 计算；若 m 原子质量以 u 为单位，则按2在计算核能时要注意：若D D D铀核裂变及链式反应：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，生成中等质量的原子核的同时，总要释放出 2-3 个中子，这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就是链式反应，原子弹就是利用链式反应制造的一种大规模杀伤性武器。铀核裂变的几个核反应方程ar聚变的条件及热核反应：要发生聚变反应，必须使轻核之间的距离十分接近，达到 -15 的近距离，用什么办法能使大量原子核获得足够的动能，来克服轻核之间的库仑斥力，使它们接近到这种程度呢？当物质的温度达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，足以克服相互间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变，可见聚变反应需要高温，因此把聚变反应叫做热核反应。氢弹就是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器。+ H H + ne更多精品文档 学习-好资料更多精品文档