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1、高中物理选修 3-5 学问点梳理一、动量动量守恒定律1、动量：可以从两个侧面对动量进行定义或说明：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P =mv；单位是 kg m s. 动量是矢量,其方向就是瞬时速度的方向；由于速度是相对的,所以动量也是相对的；2、动量守恒定律： 当系统不受外力作用或所受合外力为零,就系统的总动量守恒； 动量守恒定律依据实际情形有多种表达式, 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留意以下几个问题：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
2、一个特别短的时间内,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,在这一短临时间内遵循动量守恒定律；运算动量时要涉及速度,这时一个物体系内各物体的速度必需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”是指系统中全部物体动量的矢量和,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形；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重量为零,那么在这个方向上系统总动量的重量是守恒的；动量守恒定律有广泛的应用范畴；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
3、力、摩擦力,仍是电力、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,仍是分裂成碎块,动量守恒定律也都适用；3、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相互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讨论机械运动转移速度的变化可以用动量守恒,如要讨论碰撞过程转变成内能的机械能就要用动能为缺失去运算了；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
4、机械能守恒定律比较：前者是矢量式,有广泛的适用范畴,而后者是标量式其适用范畴就要窄得多；这些区分在使用中肯定要留意；4、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”中学阶段不讨论；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,动能缺失最大；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
5、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（试验、探究）【试验目的】 讨论在弹性碰撞的过程中,相互作用的物体系统动量守恒【试验原理】 利用图 2-1 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, 速度道,如满意动量守恒式m1v1=m1v1+m2v2,就可验证动量守也 可 间 接 地 知恒定律进一步分析可以知道,假如一个质量为 m1,速度为 v1 的球与另 一 个 质 量 为m2,速度为 v
6、2 的球相碰撞,碰撞后两球的速度分别为v1和v2,就由动量守恒定律有： m1v1=m1v1+m2v2.【试验器材】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【试验步骤】P1. 用天平分别称出两个小球的质量m1 和 m2；图 2-12. 按图 2-1 安装好斜槽, 留意使其末端切线水平,并在地面适 当 的 位 置 放图 2-2上白纸和复写纸,并在白纸上登记重锤线所指的位置O点.3. 第一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,就圆心就是不发生碰撞时入射小球的平
7、均位置P 点如图 2-2 ；4. 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；5. 让入射小球由某肯定高度从静止开头滚下,重复数次, 使两球相碰, 依据步骤 3 的方法求出入球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N；6. 过 ON在纸上做一条直线,测出OM、OP、 ON的长度；7. 将数据代入以下公式,验证公式两边数值是否相等（在试验误差答应的范畴内）： m1OP=m1 OM+2mON【留意事项】1. “水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满意的前提条件2. 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3. 斜槽末端必需水平,检验方法是将小球放在平轨道上任
8、何位置,看其能否都保持静止状态4. 入射球的质量应大于被碰球的质量5. 入射球每次都必需从斜槽上同一位置由静止开头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6. 试验过程中,试验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变7. m1OP=m1 OM+2mON式中相同的量取相同的单位即可【误差分析】误差来源于试验操作中,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,给试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,以减小偶然误差以下一些缘由可能使试验产生误差：1. 如
9、两球不能正碰,就误差较大；2. 斜槽末端如不水平,就得不到精确的平抛运动而造成误差；3. O、P、M、N 各点定位不精确带来了误差； 4测量和作图有偏差； 5仪器和试验操作的重复性不好,使得每次做试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；碰撞的种类以物体间碰撞形式分类以物体间碰撞前后两物体的总动能是否发生变化分类正碰斜碰弹性碰撞非 弹 性 碰完 全 非 弹 性完全弹性碰撞：在弹性力的作用下,系统内只发生气械能的转移,无机械能的缺失,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
10、为物体的内能,机械能有了缺失,称非弹性碰撞；完全非弹性碰撞： 在完全非弹性力的作用下,机械能缺失最大 （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1. 创立标志： 1900 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,标志着量子论的产生；2. 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、不行分的能量单元即“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动式变化的；3. 量子论的进展 1905 年,爱因斯坦奖量子概念推广到光的
11、传播中,提出了光量子论； 1913 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 1925 年左右,量子力学最终建立；二、黑体和黑体辐射1. 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, 也会吸取能量； 物体在某个频率范畴内发射电磁波才能越大,就它吸取该频率范畴内电磁波才能也越大；辐射和吸取的能量恰相等时称为热平稳；此时温度恒定不变；试验说明：
12、物体辐射能多少打算于物体的温度（T）、辐射的波长、 时间的长短和发射的面积；2. 黑体物体具有向四周辐射能量的本事,又有吸取外界辐射来的能量的本事；黑体是指在任何温度下,全部吸取任何波长的辐射的物体；3. 试验规律：1） 随着温度的上升,黑体的辐射强度都有增加；2） 随着温度的上升, 辐射强度的极大值向波长较短方向移动；五、光电效应1、光电效应光电效应在光（包括不行见光）的照耀下,从物体发射出电子的现象称为光电效应；光电效应的试验规律：装置：如右图；任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必需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
13、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耀金属时,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；9 金属受到光照,光电子的发射一般不超过10秒；2、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打算的与光的频率无关；所以波动说对说明上述试验规律中的 条都遇到困难3、光子说量子论： 1900 年德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸取是不连续的,而是一份一份的,每一份电磁波的能量h.光子论： 1905 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：h. 34其中
14、是电磁波的频率, h 为普朗克恒量： h=6.63 10J s4、光子论对光电效应的说明金属中的自由电子,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；5光电效应方程： EkhW0Ek 是光电子的最大初动能,当Ek =0时, c 为极限频率,c= W0 .h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 ；满就以下关系：
15、,hhP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1、电子的发觉和汤姆生的原子模型：电子的发觉：1897 年英国物理学家汤姆生,对阴极射线进行了一系列讨论,从而发觉了电子；电子的发觉说明：原子存在精细结构,从而打破了原子不行再分的观念；汤姆生的原子模型：1903 年汤姆生设想原子是一个带电小球,它的正电荷匀称分布在整个球体内, 而带负电的电子镶嵌在正电荷中；2、粒子散射试验和原子核结构模型粒子散射试验：1909 年,卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的.装置：如右图；现象：a. 绝大多数粒子穿过金箔后,仍沿原先方向运动,不发生偏转；b. 有少数粒子发生较大角度的偏转c. 有极少数粒子
16、的偏转角超过了90,有的几乎达到180,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转变,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；假如正电荷在原子中的分布,像汤姆生模型那模匀称分布,穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平稳,粒了运动将不发生明显转变；散射试验现象证明,原子中正电荷不是匀称分布在原子中的；m；1911 年,卢瑟福通过对粒子散射试验的分析运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, 原子核集中了原子全部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；-15原子核半径约为1
17、0m,原子轨道半径约为10-10光谱观看光谱的仪器,分光镜光谱的分类,产生和特点产生特征发 射 光 谱连 续 光 谱由酷热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的,一切波长的光组成由不连续的一些亮线组明 线 光 谱由淡薄气体发光产生的高温物体发出的白光,成在连续光谱的背景上, 光谱分析：吸 收 光 谱通过物质后某些波长的光被吸取而产生的由一些不连续的暗线组成的光谱一种元素,在高温下发出一些特点波长的光,在低温下,也吸取这些波长的光,所以把明线光波中的亮线和吸取光谱中的暗线都称为该种元素的特点谱线,用来进行光谱分析；八、氢原子光谱氢原子是最简洁的原子,其光谱也最简洁；1885年,巴耳末对当时
18、已知的,在可见光区的14 条谱线作了分析,发觉这些谱线的波长可以用一个公式表示：1R 11 n=3,4, 5,2 2n 2式中 R叫做里德伯常量,这个公式成为巴尔末公式；除了巴耳末系,后来发觉的氢光谱在红外和紫个光区的其它谱线也都满意与巴耳末公式类似的关系式；氢原子光谱是线状谱, 具有分立特论无法说明；410.29397.12434.17486.27656.47 nm征,用经典的电磁理九、原子的能级 玻尔的原子模型HHH HH原子核式结构模型与经典电磁理论的冲突（两方面）a 电子绕核作圆周运动是加速运动,依据经典理论,加速运动的电荷,要不断地向四周发射电磁波,电子的能量就要不断削减,最终电子要
19、落到原子核上,这与原子通常是稳固的事实相冲突；b 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,因此依据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冲突；玻尔理论上述两个冲突说明,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示,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固的,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Em）跃迁到另肯定态（设能量为En）时,它辐射成吸取肯定频率的光子
20、,光子的能量由这两个定态的能量差打算,即hv=EmEn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, 运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 n=1 的定态称为基态；n=2 以上的定态,称为激发态；十、原子核的组成 原子核1、自然放射现象
21、自然放射现象的发觉：1896 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自然放射现象： 某种元素自发地放射射线的现象,叫自然放射现象；这说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：用电场和磁场来讨论放射性元素射出的射线,在电场中轨迹,如：图 1射 线 种 类射 线 组 成性质电 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2、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
22、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M衰 变ZM 44XY2HeZ2电荷数削减 2新 核质量数削减 4YeMM0衰 变Z XZ 11电荷数增加新 核质量数不变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：110nH1e.01辐射相伴着衰变和衰变产生,这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和 三种射线；半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需
23、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打算的,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；正电子的发觉：用粒子轰击铝时,发生核反应；P ,151934 年,约里奥居里夫妇发觉经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷302Al13即： 4 He27301Pn150反应生成物 P是磷的一种同位素,自然界没有自然的30 P ,它是通过核反应生成的人工放射性同位素；15与自然的放射性物质相比,人造放
24、射性同位素：1、放射强度简洁掌握2、可以制成各种需要的外形3、半衰期更短4、放射性废料简洁处理放射性同位素的应用：利用它的射线A、由于射线贯穿本事强,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B、利用射线的穿透本事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,从而实现自动掌握C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体,以排除化纤、纺织品上的静电D、利用射线照耀植物,引起植物变异而培养良种,也可以利用它杀菌、治病等作为示踪原子：用于工业、农业及生物讨论等.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,磷肥也能被吸取但是,什么时候的吸取率最
25、高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情形等,用通常的方法很难讨论假如用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上,然后每隔肯定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度,上面的问题就很简洁解决放射性的防护：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1. 熟记一些试验事实的核反应方程式；N27卢瑟福用粒子轰击氦核打出质子：142贝克勒耳和居里夫人发觉自然放射现象：4He171衰变：238OHU8192234Th904He衰变：234Th902340Pae911查德威克用粒子轰
26、击铍核打出中子：9 Be4He121Al2713居里夫人发觉正电子：P301542Cn6043012PnHe150Sie300141轻核聚变：重核裂变：11nH01Un2351920Un23519202H1Xe13654Ba1445610 1n0Kr893690Sr38031 nHHH2. 熟记一些粒子的符号2粒子（4 He ）、质子（ 1）、中子（1n ）、电子（0e ）、氘核（ 2）、氚核（ 3） 3. 留意在核反应方程式中,质量数01111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,即可顺当解决问题；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：Kr
27、裂变：重核在肯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：2351U92014489nBa563631 n0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连续下去；链式反应的条件：临界体积,极高的温度.U23592裂变时平均每个核子放能约200Mev 能量921kg 235U全部裂变放出的能量相当于2800 吨煤完全燃烧放出能量！聚变反应：2n0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；HH23例如： 114 He117.6MeV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 17.6MeV 的能量, 平均每个核子放出的能量3MeV以上；比列变反应中平均每个核子放出的能量大34 倍；聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温；