高中物理选修3-5知识点梳理.docx

高中物理选修知识点梳理一动量动量守恒定律动量可以从两个侧面对动量进行定义或解释物体的质量跟其速度的乘积叫做物体的动量动量是物体机械运动的一种量度动量的表达式单位是动量是矢量其方向就是瞬时速度的方向因为速度是相对的所以动量也是相对的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动量守恒定律根据实际情况有多种表达式一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量运用动量守恒定律要注意以下几个问题动量守恒定律一般是针对物体系的对单个物体谈动量守恒没有意义对于某些特定的问题例如碰撞爆炸等系统在一个非常短的时间内系统内部各物体相互作用力远比它们所受到外界作用力大就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理在这一短暂时间内遵循动量守恒定律计算动量时要涉及速度这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的一般取地面为参照物动量是矢量因此系统总动量是指系统中所有物体动量的矢量和而不是代数和动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况有时虽然系统所受合外力不等于零但只要在某一方面上的合外力分量为零那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的动量守恒定律有广泛的应用范围只要系统不受外力或所受的合外力为零那么系统内部各物体的相互作用不论是万有引力弹力摩擦力还是电力磁力动量守恒定律都适用系统内部各物体相互作用时不论具有相同或相反的运动方向在相互作用时不论是否直接接触在相互作用后不论是粘在一起还是分裂成碎块动量守恒定律也都适用动量与动能动量守恒定律与机械能守恒定律的比较动量与动能的比较动量是矢量动能是标量动量是用来描述机械运动互相转移的物理量而动能往往用来描述机械运动与其他运动比如热光电等相互转化的物理量比如完全非弹性碰撞过程研究机械运动转移速度的变化可以用动量守恒若要研究碰撞过程改变成内能的机械能则要用动能为损失去计算了所以动量和动能是从不同侧面反映和描述机械运动的物理量动量守恒定律与机械能守恒定律比较前者是矢量式有广泛的适用范围而后者是标量式其适用范围则要窄得多这些区别在使用中一定要注意碰撞两个物体相互作用时间极短作用力又很大其他作用相对很小运动状态发生显著化的现象叫做碰撞以物体间碰撞形式区分可以分为对心碰撞正碰而物体碰前速度沿它们质心的连线非对心碰撞中学阶段不研究以物体碰撞前后两物体总动能是否变化区分可以分为弹性碰撞碰撞前后物体系总动能守恒非弹性碰撞完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例这种碰撞物体在相碰后粘合在一起动能损失最大各类碰撞都遵守动量守恒定律和能量守恒定律不过在非弹性碰撞中有一部分动能转变成了其他形式能量因此动能不守恒了二验证动量守恒定律实验探究实验目的研究在弹性碰撞的过程中相互作用的物体系统动量守恒实验原理利用图的装置验证碰撞中的动量守恒让一个质量较大的球从斜槽上滚下来跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞两球均做平抛运动由于下落高度相同从而导致飞行时间相等我们用它们平抛射程的大小代替其速度小球的质量可以测出速度也可间接地知道如满足动量守恒式则可验证动量守恒定律进一步分析可以知道如果一个质量为速度为的球与另一个质量为速度为的球相碰撞碰撞后两球的速度分别为和则由动量守恒定律有实验器材两个小球大小相等质量不等斜槽重锤线白纸复写纸天平刻度尺圆规实验步骤用天平分别称出两个小球的质量和按图安装好斜槽注意使其末端切线水平并在地面适当的位置放上白纸和复写纸并在白纸上记下重锤线所指的位置点首先在不放被碰小球的前提下让入射小球从斜槽上同一位置从静止滚下重复数次便可在复写纸上打出多个点用圆规作出尽可能小的圆将这些点包括在圆内则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置点如图将被碰小球放在斜槽末端上使入射小球与被碰小球能发生正碰让入射小球由某一定高度从静止开始滚下重复数次使两球相碰按照步骤的办法求出入球落地点的平均位置和被碰小球落地点的平均位置过在纸上做一条直线测出的长度将数据代入下列公式验证公式两边数值是否相等在实验误差允许的范围内注意事项水平和正碰是操作中应尽量予以满足的前提条件测定两球速度的方法是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度斜槽末端必须水平检验方法是将小球放在平轨道上任何位置看其能否都保持静止状态入射球的质量应大于被碰球的质量入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下方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实验过程中实验桌斜槽记录的白纸的位置要始终保持不变式中相同的量取相同的单位即可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下列一些原因可能使实验产生误差若两球不能正碰则误差较大斜槽末端若不水平则得不到准确的平抛运动而造成误差各点定位不准确带来了误差测量和作图有偏差仪器和实验操作的重复性不好使得每次做实验时不是统一标准三弹性碰撞和非弹性碰撞碰撞相互运动的物体相遇在极短的时间内通过相互作用运动状态发生显著变化的过程叫碰撞完全弹性碰撞在弹性力的作用下系统内只发生机械能的转移无机械能的损失称完全弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞在非弹性力的作用下部分机械能转化为物体的内能机械能有了损失称非弹性碰撞完全非弹性碰撞在完全非弹性力的作用下机械能损失最大转化为内能等称完全非弹性碰撞碰撞物体粘合在一起具有相同的速度四普朗克量子假说黑体和黑体辐射一量子论创立标志年普朗克在德国的物理年刊上发表论正常光谱能量分布定律的论文标志着量子论的诞生量子论的主要内容普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的其最小的不可分的能量单元即能量子或称量子也就是说组成能量的单元是量子物质的辐射能量不是连续的而是以量子的整数倍跳跃式变化的量子论的发展年爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中提出了光量子论年英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态提出了一种量子化的原子结构模型丰富了量子论到年左右量子力学最终建立二黑体和黑体辐射热辐射现象任何物体在任何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何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范围内发射电磁波能力越大则它吸收该频率范围内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辐射的波长时间的长短和发射的面积黑体物体具有向四周辐射能量的本领又有吸收外界辐射来的能量的本领黑体是指在任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体实验规律随着温度的升高黑体的辐射强度都有增加随着温度的升高辐射强度的极大值向波长较短方向移动五光电效应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光电效应的实验规律装置如右图任何一种金属都有一个极限频率入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应低于极限频率的光不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光随入射光频率的增大而增大大于极限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秒波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关所以波动说对解释上述实验规律中的条都遇到困难光子说量子论年德国物理学家普朗克提出电磁波的发射和吸收是不连续的而是一份一份的每一份电磁波的能量光子论年爱因斯坦提出空间传播的光也是不连续的而是一份一份的每一份称为一个光子光子具有的能量与光的频率成正比即其中是电磁波的频率为普朗克恒量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方程是光电子的最大初动能当时为极限频率六光的波粒二象性物质波光既表现出波动性又表现出粒子性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满则下列关系从光子的概念上看光波是一种概率波七原子核式结构模型电子的发现和汤姆生的原子模型电子的发现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汤姆生的原子模型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内而带负电的电子镶嵌在正电荷中粒子散射实验和原子核结构模型粒子散射实验年卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的装置如右图现象绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向运动不发生偏转有少数粒子发生较大角度的偏转有极少数粒子的偏转角超过了有的几乎达到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方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方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原子轨道半径约为光谱观察光谱的仪器分光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用来进行光谱分析八氢原子光谱氢原子是最简单的原子其光谱也最简单年巴耳末对当时已知的在可见光区的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式中叫做里德伯常量这个公式成为巴尔末公式除了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九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方面电子绕核作圆周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周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上述两个矛盾说明经典电磁理论已不适用原子系统玻尔从光谱学成就得到启发利用普朗克的能量量了化的概念提了三个假设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跃迁到另一定态设能量为时它辐射成吸收一定频率的光子光子的能量由这两个定态的能量差决定即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以及电子在各条轨道上运行时原子的能量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的定态称为基态以上的定态称为激发态十原子核的组成原子核天然放射现象天然放射现象的发现年法国物理学贝克勒耳发现铀或铀矿石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射线种类射线组成性质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十一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方程衰变规律衰变新核衰变新核在衰变中新核质子数多一个而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子即辐射伴随着衰变和衰变产生这时放射性物质发出的射线中就会同时具有和三种射线电离作用贯穿能力射线氦核组成的粒子流很强很弱射线高速电子流较强较强射线高频光子很弱很强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放射性元素衰变的快慢是由核内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十二放射性的应用与防护放射性同位素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正电子的发现用粒子轰击铝时发生核反应年约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷即反应生成物是磷的一种同位素自然界没有天然的它是通过核反应生成的人工放射性同位素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放射性同位素的应用利用它的射线由于射线贯穿本领强可以用来射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹所用的设备叫射线探伤仪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内能存留多长时间磷在作物体内的分布情况等用通常的方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内并埋在深海里在生活中要有防范意识尽可能远离放射源十三核反应方程熟记一些实验事实的核反应方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熟记一些粒子的符号粒子质子中子电子氘核氚核注意在核反应方程式中质量数和电荷数是守恒的处理有关核反应方程式的相关题目时只要做到了以上几点即可顺利解决十四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极高的温度裂变时平均每个核子放能约能量全部裂变放出的能量相当于吨煤完全燃烧放出能量聚变反应聚变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的能量平均每个核子放出的能量以上比列变反应中平均每个核子放出的能量大倍聚变反应的条件几百万摄氏度的高温