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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 ： 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；冲量 ： IFt冲量是矢量, 在作用时间内力的方向不变时,冲量的方向与力的方向相同；假如力的方向是变化的,就冲量的方向与相应时间内物体动量变化量的方向相同；如力为同一方向匀称变化的力,该力的冲量可以用平均力计算；如力为一般变力,就不能直接运算冲量；同一方向上动量的变化量=这一方向上各力的冲量和；动量定理 ： Imvtmv0PtP0动量与力的关系 ：物体动量的变化率等于它所受的力；2、动量守恒定律 ：当系统不受外力作用
2、或所受合外力为零,就系统的总动量守恒；（适用于目前物理学争论的一切领域；）动量守恒定律成立的条件：系统不受外力作用；系统虽受到了外力的作用,但所受合外力为零；系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒（碰撞,击打,爆炸,反冲）；系统所受的合外力 不为零,但在某一方向上合外力为零,就系统在该方向上动量守恒；系统受外力,但在某一方向上内力远大于外力, 也可认为在这一方向上系统的动量守恒；常见类型：由弹簧组成的系统,在物体间发生相互作用的过程中,当弹簧被压缩到最短或拉伸到最长时,弹簧两端的两个物体的速度必定相等；在物体滑上斜面（斜面放在光滑水平面上）的过程中,由于物体间弹力的
3、作用,斜面在水平方向上将做加速运动,物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度,物体到达斜面顶端时,在竖直方向上的分速度等于零；子弹刚好击穿木块的临界条件为子弹穿出时的速度与木块的速度相同,子弹位移为木块位移与木块厚度之和；二、验证动量守恒定律（试验、探究）【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. 入射球的质量应大于被碰球的质量3. 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4. 如利用气垫导轨进行试验,调整气垫导轨时留意利用水平仪器确保导轨水平；【误差分析】误差来源于试
4、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,以减小偶然误差三、碰撞与爆炸1. 碰撞的特点：相互作用的时间极短,可忽视不计；系统的内力远大于外力,外力可忽视；速度发生突变,物体发生的位移微小,可认为碰撞前后物体处于同一位置；2. 爆炸的特点：作用时间短,内力特别大,机械能增加,动能会增加；3. 碰撞中遵循的规律：动量守恒,动能不增加；4. 一维碰撞：两个物体碰撞前后斗艳同始终线运动,这种碰撞叫做一维碰撞；5. 碰撞的广义性：只要
5、通过短时间作用,物体的动量发生了明显的变化,都可视为碰撞,与物体是否发生“接触”无关；6. 碰撞的分类从运动角度分类；碰撞前后两球的运动速度方向与两球心的连线在同一条直线上的碰撞称为正碰（对心碰撞）；反之就为斜碰（非对心碰撞）；- 9 -从能量角度分类：弹性碰撞：碰撞过程中无机械能的缺失（碰撞后能分别）非弹性碰撞：碰撞过程中机械能有了缺失完全非弹性碰撞：非弹性碰撞的一种,机械能缺失最大（转化为内能等）,碰撞物体粘合在一起,或具有相同的速度；7. 弹性正碰的争论在光滑水平面上质量为 m1的小球以速度 v0 与质量为 m2的静止小球发生弹性正碰,碰撞后它们的速度分别为 v1, v2结论： 当 m1
6、m2 时, v1 0,v2 v0,即碰撞后小球 A 静止,小球 B 以小球 A 的初速度运动,两球交换速度,且小球 A 的动能完全传递给小球B,因此, m1 m2是动能传递最大的条件；当 m1 m2时, v1 0,即小球 A、B 向同一方向运动,因 ,所以速度大小为 v1 v2,即两小球不会发生其次次碰撞；如 m1m2时, v1v0 ,v2 2v0,即当质量很大的物体A 碰撞质量很小的物体B 时,物体 A的速度几乎不变, 物体 B 以 2 倍于物体 A 的速度向前运动；当 m1 m2时,就 v1 0,即物体 A 反向运动；如 m1m2时, v1 v0, v2 0,即物体 A 以原先大小的速度反
7、向运动,而物体B 不动,物体 A 的动能完全没有传给物体 B,因此, m17 时氢原子所发出的光肉眼不能直接观看到；）除了巴耳末系 （电子从较高能级跃迁到n=2 能级发出的谱线属于巴耳末系） ,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, 具有分立特点； 用经典的电磁理论无法说明原子的稳固性和原子光谱的分立特点；410.29397.12434.17486.27656.47 nmHHH HH七、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
8、射电磁波,电子的能量就要不断削减,最终电子要落到原子核上,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,它辐射或吸取肯定频率的光子, 它的电子会放出或吸取能量,光子的能量由这两个定态的能量差打算,即hv=E
9、m En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：2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 r n=n r 1,n=1,2,3 ,.（其中 r 1=0.053nm）；以及电子在各条轨道2上 运 行 时 原 子 的 能 量 , 对 氢 原 子 有 En=E1/n, n=1,2,3.（ 其 中E1=-13.6eV ）（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
10、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；2处于 n 能级的电子向低能级跃迁时有Cn 种可能情形；试原子发生跃迁的两种粒子：原子如是吸取光子的能量而被激发, 其光子的能量必需等于两能级的能量差,否就不被吸取；（但当光子能量 E 13.6eV时,氢原子仍能吸取此光子并发生电离；）原子仍可吸取外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸取,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差就可使原子发生能级跃迁；（电子撞击原子时其能量不能全部传递给原子,光子照耀原子时其能量可全部被原子吸取；）当原子从高能级向低能级跃迁时,轨
11、道半径减小,库仑引力做正功,原子的电势能减小,电子动能增大,原子能量减小；反之,原子电势能增大,电子动能减小,原子能量增大；玻尔理论的局限性：无法说明复杂一些的原子的光谱现象；保留了经典粒子的观念,把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动；八、原子核的组成原子核1、自然放射现象自然放射现象的发觉：1896 年法国物理学,贝克勒耳发觉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
12、成份和性质：用电场和磁场来争论放射性元素射出的射线,在电场中轨迹,如：图 1（三种射线都来自原子核；）射 线 种 类射 线 组 成性质电离作 用射线射线氦核组成的粒子流高速电子流很较强强射线高频光子（电磁波）很弱贯 穿 能 力很 弱（用纸能拦住）较 强（穿透几毫米的铝板） 很 强（穿透几厘米的铅板）2、元素的放射性与元素以单质仍是化合物的存在形式无关,放射性强度也不受温度,外界压强的影响；3、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九、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
13、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ZM44XY2HeZ2电荷数削减 2新 核质量数削减 4MM0电荷数增加衰 变Z XZ 1Y1 e新 核质量数不变辐射相伴着衰变和衰变产生,不能单独发生衰变,这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线；匀强的磁场中静止的原子核发生衰变时,粒子与新生核的轨迹外切,如发生衰变,粒子与新生核的轨迹内切；t/T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；（质量削减很小） 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；N 余=
14、N原（1/2 ）N 原表示衰变前的原子数,N 余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数,t 表示衰变时间, T表示半衰期；十. 放射性的应用与防护放射性同位素1. 探测放射线的方法主要是利用放射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在,这些现象主要是：使气体或液体电离,放射线中的粒子可使过饱和蒸气产生雾滴或使过热液体产愤怒泡；放射线中的粒子会使照相 树胶感光；放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光；仪器：威尔逊云室,气泡室,盖革- 米勒计数器；2. 放射性同位素：有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素3. 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
15、叫放射性同位素；4. 正电子的发觉：用粒子轰击铝时,发生核反应；（实质：用栗子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核子重组,形成新核；）5. 与自然的放射性物质相比,人造放射性同位素：放射强度简洁掌握、可以制成各种需要的外形、半衰期更短、放射性废料简洁处理；6. 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
16、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、农业及生物争论等.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,用通常的方法很难争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7. 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,尽可能远离放射源十一、核反应方程NOH1. 熟记一些试
17、验事实的核反应方程式；卢瑟福用粒子轰击氦核打出质子：144He1712781贝克勒耳和居里夫人发觉自然放射现象：衰变：238U92234Th904He衰变：94234Th90122340Pae91112274301Al2Pn300He13150查德威克用粒子轰击铍核打出中子：4 Be2He6 C0 n居里夫人发觉正电子：301514 Si 1 enHH112轻核聚变：011重核裂变：235U92U235921136nXe0541Ban14405610 1n08936 KrP90Sr38130 nHHH2. 熟记一些粒子的符号2粒子（4He ）、质子（ 1）、中子（1n ）、电子（0 e）、氘核
18、（ 2）、氚核（ 3） 3. 留意在核反应方程式01111中,质量数和电荷数是守恒的；十二四种基本相互作用1. 核力（强力）：把核子紧紧的束缚在核内,形成稳固原子核的力；在原子核的尺度内,核力比库仑力大得多；核力-15-15-15作用范畴在1.5*10m之内,核力在大于0.8*10m时表现为吸引力,且随距离增大而减小,超过1.5*10m,核力急-15剧下降几乎消逝；而在距离小于0.8*10m时,核力表现为斥力；每个核子之和接近的核子发生核力作用；-182. 弱力：存在于原子核内,是引起原子核衰变的缘由；力程为10m,作用强度比电磁力小；353. 四种基本相互作用包括短程力（强相互作用,弱相互作
19、用）,长程力（电磁力,万有引力）（在相同距离上,电磁力大约比万有引力强10倍；4. 万有引力在宏观和宇观尺度上维系了行星、恒星、星系团的运转关系,电磁力使电子绕原子核运转而构成原子,原子又组成分子,形成固体、液体、气体；核力使核子集合在一起且不能融合在一起而构成原子核；弱相互作用使中子和质子转变,引起衰变；5. 已发觉的粒子分为：强子（质子、中子、介子、超子）；轻子（电子、电子中微子、子、子中微子、子、 子中微子）；媒介子（光子、中间玻色子、胶子）6. 强子由夸克构成,电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷；十三原子核中质子和中子的比例自然界中较轻的原子核,质子数和中子数大致相等；较重的
20、原子核,中子数大于质子数,且越重的元素,两者差越多；十四、结合能和质量亏损1. 结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开,也需要能量,这就是原子核的结合能；（核力把核子紧紧地束缚在一起,核力做正功,放出能量,即为结合能；）2. 比结合能：原子核的结合能与其核子数之比,也叫平均结合能；比结合能越大,原子核中的核子结合得越坚固,原子核越稳固；中等质量的原子核最稳固；3. 质量亏损 : 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象；22-19爱因斯坦质能方程： E=mc或 E= mc1u=931MeV（ E= m 931MeV） 1eV=1.6*10J核反应中的质量亏损, 并不是这
21、部分质量消逝或质量转变为能量,物体的质量应包括静止质量和运动质量, 质量亏损是静止质量的削减,削减的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量；4. 核能的运算方法：依据质量亏损运算；依据能量守恒和动量守恒来运算；利用平均结合能来运算：原子核的结合能 =核子的平均结合能核子数；核反应中反应前系统内全部原子核的总结和能与反应后生成的全部新核的总结和能之差,就是该次核反应所释放（或吸取）的核能；应用阿伏伽德罗常数运算：如要运算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量,思路：求出原子核的个数N=NAn=NA m/M再由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸取的能量E0, 依据
22、 E=NE0 求出总能量；十五、重核裂变核聚变 释放核能的途径裂变和聚变裂变反应：Kr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（裂变物质能够发生链式反应的最小体积）,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！核反应堆的组成： a. 燃料：铀棒； b. 慢化剂（使中子变为慢中子）：常采纳石墨、重水或一般水；c. 掌握棒： 镉棒（吸取中子）； d. 爱护层：反应堆外层是很厚的水泥壁；聚变反应：聚变反应（又叫热核反应）：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 He117.6MeV2n0一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；比裂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（氢弹需要用原子弹爆炸产生的高温高压引发核爆炸）；太阳能就来自于太阳内部聚变释放的核能；聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温；掌握方法：磁约束、惯性约束；