2019-2020年高中物理 知識點歸納 新人教版選修3-5.DOC

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2019-2020年高中物理 知識點歸納 新人教版選修3-5 一、動量守恒定律 1、動量：物體的質(zhì)量跟其速度的乘積, 叫做物體的動量。動量的表達式P = mv。單位是千克米 / 秒。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。 m1v1+m2v2=m1v1 /+m2v2 / （規(guī)定正方向） △p1= -△p2 動量守恒定律的條件：系統(tǒng)不受力、所受外力的矢量和為零或外力的作用遠小于系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力，即系統(tǒng)所受外力的矢量和為零。（碰撞、爆炸、反沖） 注意：某一方向動量守恒的條件：系統(tǒng)所受外力矢量和不為零，但在某一方向上的力為零，則系統(tǒng)在這個方向上的動量守恒。必須注意區(qū)別總動量守恒與某一方向動量守恒。 運用動量守恒定律要注意以下幾個問題: ①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。 ②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。 ③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。 ④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。 ⑤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。 ⑥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、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) 和“非對心碰撞”, 而物體碰前后速度沿它們球心的連線; 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, 獲得共同速度，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。 特例1：如圖所示，在光滑的水平面上有兩物體和，其中靜止，m1以速度向m2運動并發(fā)生碰撞，設碰撞中機械能的損失可忽略不計。求兩物體的最終速度?！　? 兩物體碰撞，設碰撞后兩物體的速度分別為和，由動量守恒有，　，由能量關系有， 解之可得： ， 這里又可有以下幾種情況： a． b． 質(zhì)量較大的物體向前運動。 c． d． 以原速率反彈回來，而質(zhì)量很大的物體幾乎不動。例如橡皮球與墻壁的碰撞。 e． 速度幾乎不變，而質(zhì)量很小的物體獲得的速度是原來運動物體速度的2倍，這是原來靜止的物體通過碰撞可以獲得的最大速度。 4、驗證動量守恒定律（實驗探究） 【實驗原理】 利用圖-1的裝置驗證碰撞中的動量守恒，讓一個質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量為m1，速度為v1的球與另一個質(zhì)量為m2，速度為v2的球相碰撞，碰撞后兩球的速度分別為v1＇和v2＇，則由動量守恒定律有：m1v1+m2v2=m1v1＇+m2v2＇ 【實驗器材】 兩個小球（大小相等，質(zhì)量不等）；斜槽；重錘線；白紙；復寫紙；天平；刻度尺；圓規(guī)． 【實驗步驟】 1.用天平分別稱出兩個小球的質(zhì)量m1和m2； 2.按圖-2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. 3.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（圖2）； 4.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； 5.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； 6.過ON在紙上做一條直線，測出OM、OP、ON的長度； 7.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)）：m1OP=m1OM+m2ON 【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(zhì)量應大于被碰球的質(zhì)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．m1OP=m1OM+m2ON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?。畱M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： 1．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． 【典型例題】 例1某同學用如圖-3所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律．圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復上述操作10次，得到10個落點痕跡，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡．重復這種操作10次．如圖-41中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點．B球落點痕跡如圖-41所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊． （1）碰撞后B球的水平射程應取為________cm． （2）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：_____（填選項號） A. 水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離 B. A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C. 測量A球或B球的直徑 D. 測量A球和B球的質(zhì)量（或兩球質(zhì)量之比） E. 測量G點相對于水平槽面的高度 解析（1）如圖-4中畫出了B球的10個落點位置，實驗中應取平均位置． 方法是：用最小的圓將所有點圈在里面，圓心位置即為落點平均位置，找準平均位置，讀數(shù)時應在刻度尺的最小刻度后面再估讀一位．答案為64.7cm（從64.2cm到65.2cm的范圍內(nèi)都正確） （2）本實驗的裝置將教材上的實驗裝置作了微小變化，把放被碰小球的支座去掉，而把被碰小球放在靠近槽末端的的地方，使得被碰小球B和入射小球A都從O點開始做平拋運動，且兩球平拋時間相同，以平拋時間為時間單位，則平拋的水平距離在數(shù)值上等于平拋初速度．設A未碰B，平拋水平位移為sA；A、B相碰后，A、B兩球的水平位移分別為sA’、sB’，A、B質(zhì)量分別為mA、mB，則碰前A的動量可寫成mAsA，碰后A、B總動量為mAsA’+mBsB’，要驗證動量是否守恒，即驗證以上兩動量是否相等，所以該實驗應測量的物理量有：mA、mB、sA、sA’、sB’．該題答案是ABD． 例2.某同學設計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗，在小車A的前端黏有橡皮泥，設法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車B相碰并黏在一起，繼續(xù)做勻速運動，設計如圖-5所示： 在小車A的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力． （1）若已得到打點紙帶如圖-6所示，并測得各計數(shù)點間的距離,在圖上標出A為運動起始的點，則應選_____段來計算A碰前的速度，應選____段來計算A和B碰后的共同速度． （2）已測得小車A的質(zhì)量mA=0.4kg，小車B的質(zhì)量mB=0.20kg，則由以上結果可得碰前總動量=____kgm/s，碰后總動量=_____kgm/s． 解析 ①因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B粘合在一起，其共同速度比A原來的速度?。詰x點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A的碰前速度，點間距小的DE段計算A和B碰后的共同速度． ②由圖可知，碰前A的速度和碰后AB的共同速度分別為 故碰撞前后的總動量分別為： P=mAvA=0.40 1.05kg m/s=0.42kg m/s P＇=（mA+mB）vA＇=（0.40+0.20）0.695kgm/s=0.417kgm/s 注意其他方法，課本上還列舉了用氣墊導軌做實驗驗證動量守恒的實例P4-P5 5、人船模型——兩個原來靜止的物體（人和船）發(fā)生相互作用時，不受其它外力，對這兩個物體組成的系統(tǒng)來說，動量守恒，且任一時刻的總動量均為零，由動量守恒定律，有mv = MV （注意：幾何關系） 如圖1所示，靜水面上停有一小船，船長L = 3米，質(zhì)量M = 120千克，一人從船頭走到船尾，人的質(zhì)量m = 60千克。那么，船移動的距離為多少？（水的阻力可以忽略不計） 過程分析 當人從船頭走到船尾，通過腳與船發(fā)生了作用（也可以認為走動過程就是人與船發(fā)生間歇性碰撞的過程）。選取人和船為研究對象，由于不計水的阻力，所以系統(tǒng)在水平方向上動量守恒。 解：設人從船頭走到船尾，船對地的就離為S，則人對地移動了L - S，根據(jù)動量守恒定律可得 M S/t - m (L - S)/t = 0 解得 ：S = ML/(M + m) = 60*3/(120 + 60) = 1米 二、量子理論的建立 黑體和黑體輻射 1、量子理論的建立：1900年德國物理學家普朗克提出振動著的帶電微粒的能量只能是某個最小能量值ε的整數(shù)倍，這個不可再分的能量值ε叫做能量子ε= hν。h為普朗克常數(shù)（6.6310-34J.S）P28 普朗克的假設則認為微觀粒子的能量是量子化的，或說能量是分立的。P29 2、黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。 3、黑體輻射：黑體輻射的規(guī)律為：溫度越高各種波長的輻射強度都增加，同時，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象）P28 三、光電效應 光子說 光電效應方程 1、光電效應（表明光子具有能量） （1）光的電磁說使光的波動理論發(fā)展到相當完美的地步，但是它并不能解釋光電效應的現(xiàn)象。在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫光電子。（實驗圖在課本） （2）光電效應的研究結果： P31：①存在飽和電流，這表明入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多； ②存在遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓； ③截止頻率：光電子的能量與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關，當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應； ④效應具有瞬時性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s。（理解：P31 17.2-3圖） （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①②③條都遇到困難） 2、光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為E=h。這些能量子被成為光子。其中h為普郎克常量h=6.6310－34JS 3、①I—U曲線稱為光電管的伏安特性曲線。 加反向電壓可求光電子初動能：對圖中的兩電極K和A加反向電壓，則其間的反向電場將對光電子起減速作用，反向電壓越大，光電流就越小，當反向電壓達到某一數(shù)值Uc時，（滿足： ）光電流降到零，如圖所示。此時Uc稱為遏止電壓。 U/V I/A O Uc2 Uc1 1 2 3 圖 ②愛因斯坦光電效應方程: （畫出圖像） （Ek是光電子的 ；是 ） 當時，橫截距：= ，為 ，縱截距： 圖像中斜率意義: 圖 當光電管上的反向電壓達到截止電壓U時光電流I為零，此時，方程式可改寫成： （畫出圖像） 當時，橫截距：= ，為 ，縱截距： 圖像中斜率意義: 四、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波；光電效應和康普頓效應又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子，由于光既有波動性，又有粒子性，只能認為光具有波粒二象性。但不可把光當成宏觀觀念中的波，也不可把光當成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運動表現(xiàn)為波動性；光在傳播時顯示波動性，與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往顯示粒子性；頻率小波長大的波動性顯著，頻率大波長小的粒子性顯著。（P41 電子干涉條紋對概率波的驗證） 2、光子的能量E=h，光子的動量p=h/λ表示式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率和波長λ。 3、物質(zhì)波：1924年德布羅意（法）提出，實物粒子和光子一樣具有波動性，任何一個運動著的物體都有一種與之對應的波，波長λ=h / p，這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（P38 物質(zhì)波的實驗驗證：電子的衍射圖樣；電子顯微鏡的分辨率為何遠遠高于光學顯微鏡） 4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。 五、原子核式模型機構 1、1897年湯姆生（英）對陰極射線進行了一系列的研究發(fā)現(xiàn)了電子，提出原子的棗糕模型，揭開了研究原子結構的序幕。（誰發(fā)現(xiàn)了陰極射線？） 2、1909年起英國物理學家盧瑟福做了α粒子轟擊金箔的實驗，即α粒子散射實驗得到出乎意料的結果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉，并且有極少數(shù)α粒子偏轉角超過了90，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到180。（P53 圖18.2-3） 3、盧瑟福在1911年提出原子的核式結構學說：在原子的中心有一個很小的核 ，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉。這個學說，可很好地解釋α粒子散射實驗結果，α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)還可以估計原子核的大?。〝?shù)量級為10-15m）和原子核的正電荷數(shù)。原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。 六、氫原子的光譜 1、光譜的種類：（1）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。熾熱的固體、液體及高溫高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生連續(xù)光譜；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，不同元素的線狀譜線不同，又稱特征譜線。 （2）吸收光譜：連續(xù)譜線中某些頻率的光被稀薄氣體吸收后產(chǎn)生的光譜，元素能發(fā)射出何種頻率的光，就相應能吸收何種頻率的光，因此吸收光譜也可作元素的特征譜線。 2、氫原子的光譜是線狀的（這些亮線稱為原子的特征譜線），即輻射波長是分立的。 3、基爾霍夫開創(chuàng)了光譜分析的方法：利用元素的特征譜線（線狀譜或吸收光譜）鑒別物質(zhì)的分析方法。 七、原子的能級 1、盧瑟福的原子核式結構學說跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾（矛盾為：a、原子是不穩(wěn)定的；b、原子光譜是連續(xù)譜），1913年玻爾（丹麥）在其基礎上，把普朗克的量子理論運用到原子系統(tǒng)上，提出玻爾理論。 2、玻爾理論的假設： （1）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，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫做它的能級。原子處于最低能級時電子在離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)叫做基態(tài)；原子處于較高能級時電子在離核較遠的軌道上運動的這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。 （2）軌道量子化假設：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。 （3）頻率條件（躍遷假設）：原子從一種定態(tài)（設能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設能量為Em）時，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即 h = En - Em，（能級圖見3-5第58頁） 3、玻爾計算公式：rn =n2 r1 , En = E1/n2 (n=1,2,3)r1 =0.5310-10 m , E1 = -13.6eV ,分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量。（選定離核無限遠處的電勢能為零，電子從離核無限遠處移到任一軌道上，都是電場力做正功，電勢能減少，所以在任一軌道上，電子的電勢能都是負值，而且離核越近，電勢能越小。） 4、從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。 5、一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，在躍遷到基態(tài)的過程中可能輻射出的光譜線條數(shù)為N=。 6、玻爾模型的成功之處在于它引入了量子概念（提出了能級和躍遷的概念，能解釋氣體導電時發(fā)光的機理、氫原子的線狀譜），局限之處在于它過多地保留了經(jīng)典理論（經(jīng)典粒子、軌道等），無法解釋復雜原子的光譜。 7、現(xiàn)代量子理論認為電子的軌道只能用電子云來描述。 8、光譜測量發(fā)現(xiàn)原子光譜是線狀譜和夫蘭克—赫茲實驗證實了原子能量的量子化（即原子中分立能級的存在） 八、原子核的組成 1、1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應方程： 2、盧瑟福預想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子。查德威克經(jīng)過研究，證明：用天α射線轟擊鈹時，會產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強（10-20厘米的鉛板）的不帶電粒子，用其轟擊石蠟時，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，此貫穿能力極強的射線即為設想中的中子。核反應方程 3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。 4、天然放射現(xiàn)象 （1）人類認識原子核有復雜結構和它的變化規(guī)律，是從天然放射現(xiàn)象開始的。 （2）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗居里和皮埃爾居里經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。 （3）用磁場來研究放射線的性質(zhì)（圖見3-5第65頁）： ①α射線帶正電，偏轉較小，α粒子就是氦原子核，貫穿本領很小，電離作用很強，使底片感光作用很強；②β射線帶負電，偏轉較大，是高速電子流，貫穿本領很強（幾毫米的鋁板），電離作用較弱；③γ射線中電中性的，無偏轉，是波長極短的電磁波，貫穿本領最強（幾厘米的鉛板），電離作用很小。 九、原子核的衰變 半衰期 1、原子核由于放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ冸姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)守恒 。在衰變中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒。）。γ射線是伴隨α射線或β射線產(chǎn)生的，沒有單獨的γ衰變（γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。）。α衰變舉 例β衰變舉例 類 型 衰變方程 規(guī) 律 衰 變 新 核：電荷數(shù)減少2 質(zhì)量數(shù)減少4 衰 變 新 核：電荷數(shù)增加 質(zhì)量數(shù)不變 在β衰變中新核子數(shù)多一個，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，即：，弱相互互作用是引起衰變的原因。 2、半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關，它是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律。 十、放射性的應用與防護 放射性同位素 1934年，約里奧居里和伊麗芙居里 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷 1.與天然的放射性物質(zhì)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 2.放射性同位素的應用 （一）利用它的射線 A、由于γ射線貫穿本領強，可以用來γ射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀． B、利用射線的穿透本領與物質(zhì)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 （二）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． 用碘的同位素檢測甲狀腺疾病。 十一、核力與結合能 質(zhì)量虧損 1、核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力． （1）核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)。 (2) 核力是短程力。約在 10-15m量級時起作用，距離大于0.810-15m時為引力, 距離超過1.510-15m時核力幾乎消失，距離小于0.810-15m時為斥力。 （3）核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。 （4） 核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關。 核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量叫原子核的結合能，亦稱核能。 2、比結合能：結合能與核子數(shù)之比，稱做為比結合能。也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 3、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結合成原子核時，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程：E=mc2，式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。 核子在結合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，正表明它們在互相結合過程中放出了能量ΔE=Δmc2，常用單位: Dm用“u(原子質(zhì)量單位)” 1u=1.66056610-27kg ，1uc2=931.5MeV (表示1u 的質(zhì)量變化相當于931.5Me V的能量改變，此結論在計算中可直接應用) 核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應都是釋放核能的。 十二、核反應方程 1.熟記一些實驗事實的核反應方程式。 （1）盧瑟福用α粒子轟擊氦核打出質(zhì)子： （2）貝克勒耳和瑪麗 居里夫人發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象： α衰變： ， β衰變 ： （3） 查德威克用α粒子轟擊鈹核打出中子： （4） 伊麗芙居里發(fā)現(xiàn)正電子： ， （5） 輕核聚變： （6） 重核聚變： 2.熟記一些粒子的符號:粒子（）、質(zhì)子（）、中子（）、電子（）、氘核（） 氚核（） 3.注意在核反應方程式中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的。 十三、重核的裂變 輕核的聚變 釋放核能的途徑——裂變和聚變 （1）裂變反應： ①裂變：重核在一定條件下轉變成兩個中等質(zhì)量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。 例如： ②鏈式反應：在裂變反應用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應繼續(xù)下去。 鏈式反應的條件： 1、裂變物質(zhì)的體積，超過臨界體積 2、有中子進入裂變物質(zhì) （2）聚變反應： ①聚變反應：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應，稱為聚變反應。 例如： ②平均每個核子放出3Mev的能量, ③聚變反應的條件；幾百萬攝氏度的高溫 選修3-5鞏固訓練 動量守恒定律 1．如圖所示，光滑水平面上靜止著一輛質(zhì)量為M的小車，小車上帶有一光滑的、半徑為R的圓弧軌道．現(xiàn)有一質(zhì)量為m的光滑小球從軌道的上端由靜止開始釋放，下列說法中正確的是 ( ) A．小球下滑過程中，小車和小球組成的系統(tǒng)總動量守恒 B．小球下滑過程中，小車和小球組成的系統(tǒng)總動量不守恒 C．小球下滑過程中，在水平方向上小車和小球組成的系統(tǒng)總動量守恒 D．小球下滑過程中，小車和小球組成的系統(tǒng)機械能守恒 光電效應 光子說 光電效應方程 2．利用光子說對光電效應的解釋，下列說法正確的是( ) A．金屬表面的一個電子只能吸收一個光子 B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子 C．金屬表面的一個電子吸收若干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出 D．無論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子 3．光電效應的規(guī)律中，經(jīng)典波動理論不能解釋的有 ( ) A.入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時才能產(chǎn)生光電效應 B.光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大 C.入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10—9s D.當入射光頻率大于極限頻率時，光電子數(shù)目與入射光強度成正比 4．如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是 ( ) A．入射光太弱 B．入射光波長太長 C．光照時間短 D．電源正負極接反 5．用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率v變化的Ek—v圖象，已知鎢的逸出功是3．28eV，鋅的逸出功是3．34eV，若將兩者的圖象分別用實線與虛線畫在同一個Ek—v圖上，則下圖中正確的是 ( ) 6．用綠光照射金屬鉀時恰能發(fā)生光電效應，在下列情況下仍能發(fā)生光電效應的是 ( ) A．用紅光照射金屬鉀，而且不斷增加光的強度 B．用較弱的紫外線照射金屬鉀 C．用黃光照射金屬鉀，且照射時間很長 D．只要入射光的波長小于綠光的波長，就可發(fā)生光電效應 7．已知某金屬表面接受波長為λ和2λ的單色光照射時，釋放出光電子的最大初動能分別為30 eV和10 eV，求能使此種金屬表面產(chǎn)生光電效應的入射光的極限波長為多少？(λ為未知量) 光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 8．在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實驗是 ( ) A．弱光衍射實驗 B．電予束在晶體上的衍射實驗 C．弱光干涉實驗 D．以上都不正確 9．關于物質(zhì)波以下說法正確的是 ( ) A．實物粒子具有粒子性，在任何條件下都不可能表現(xiàn)出波動性 B．宏觀物體不存在對應波的波長 C．電子在任何條件下都能表現(xiàn)出波動性 D．微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性 原子核式模型 10．對α粒子散射實驗裝置的描述，你認為正確的有： （　　　 ） A．實驗器材有放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡； B．金箔的厚度對實驗無影響；C．如果不用金箔改用鋁箔，就不會發(fā)生散射現(xiàn)象； D．實驗裝置放在空氣中和真空中都可以。 11、盧瑟福的α粒子散射實驗的結果（ ） A、證明了質(zhì)子的存在 B、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C、說明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核上 D、說明原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動 12、盧瑟福的α粒子散射實驗第一次顯示了（ ） A、質(zhì)子比電子重 B、質(zhì)子的全部正電荷都集中在原子核里 C、α粒子是帶正電的 D、可以用人的方法產(chǎn)生放射性現(xiàn)象 氫原子的光譜 13、關于光譜，下列說法中正確的是( ) A、熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜 B、明線光譜和暗線光譜都可以對物質(zhì)進行分析 C、太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對應的元素 D、發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜 14、對于原子光譜，下列說法正確是（ ） A、原子光譜是不連續(xù)的 B、由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的光譜是相同的 C、各種原子的原子結構不同，所以各種原子的光譜也是不同的 D、分析物質(zhì)發(fā)光體的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含那種元素 15、太陽光譜中有許多暗線，他們對應著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于（ ） A、太陽表面大氣中缺少相應的元素 B、太陽內(nèi)部缺少相應的元素 C、太陽表面大氣層中存在著相應元素 D、太陽內(nèi)部存在相應元素 16、光譜分析所用的光譜是（ ） A、連續(xù)光譜 B、明線光譜C、太陽光譜 D、以上都可以 原子的能級 17．氫原子放出一個光子后，根據(jù)玻爾理論，氫原子的( ) A．核外電子的電勢能增大 B．核外電子的動能增大 C．核外電子的轉動周期變大 D．氫原子的能量增大 18．對玻爾理論的評論和議論，正確的是（　?。? 　　A．玻爾理論的成功，說明經(jīng)典電磁理論不適用于原子系統(tǒng)，也說明了電磁理論不適用于電子運動 　　B．玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學的建立奠定了基礎 　　C．玻爾理論的成功之處是引入量子觀念 D．玻爾理論的成功之處，是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念 原子核的組成 19．(xx年大慶模擬)下列說法中錯誤的是 ( ) A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜結構 B．α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜結構 C．發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是N+HeO+H D．玻爾的原子結構理論是在盧瑟福核式結構學說上引進了量子理論 20．β衰變中所放出的電子，來自[ ] A．原子核外內(nèi)層電子 B．原子核內(nèi)所含電子 　　C．原子核內(nèi)中子衰變?yōu)橘|(zhì)子放出的電子 　　D．原子核內(nèi)質(zhì)子衰變?yōu)橹凶臃懦龅碾娮? 21．一個钚的同位素Pu的原子核靜止在勻強磁場中．某時刻該原子核垂直于磁場方向放射出一個α粒子，變成鈾的同位素，同時輻射出能量為E＝0.09 MeV的光子．已知钚原子核的質(zhì)量M0＝238.999655 u，α粒子的質(zhì)量m＝4.001509 u，反沖核的質(zhì)量M＝234.993470 u．取1 uc2＝931 MeV. (1)寫出衰變的核反應方程． (2)α粒子和反沖核的動能各是多少？ (3)畫出α粒子和反沖核在垂直于紙面向里的勻強磁場中運動軌跡的示意圖． 放射性的應用與防護 放射性同位素 22．放射性元素的衰變時遵守兩個守恒：分別為____________守恒，____________守恒。 23．放射性元素衰變時放射出的射線有____________、____________和____________，其中____________不帶電，____________帶正電，____________帶負電。 24．放射性同位素主要應用它的__________________，以及作為________________。 25．寫出下列核反應方程，并注明對應的人名： 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：_______________________________________，________________； 發(fā)現(xiàn)中子：_______________________________________，________________； 發(fā)現(xiàn)正電子：_____________________________________，________________。 26．關于放射性同位素，下列說法正確的是 ( ) A．放射性同位素與放射性元素一樣，都具有一定的半衰期，衰變規(guī)律一樣 B．放射性同位素衰變可以生成另一種新元素 C．放射性同位素只能是天然衰變時產(chǎn)生的，不能用人工方法測得 D．以上說法都不對 27．關于放射性同位素的應用，下列說法正確的是 ( ) A．作為示蹤原子是利用了放射性同位素貫穿能力很強的性質(zhì) B．作為示蹤原子是利用了放射性同位素的射線可以被儀器探測到的特點 C．γ射線探傷是利用了γ射線貫穿能力很強的性質(zhì) D．γ射線探傷是利用了γ射線電離能力很強的性質(zhì) 28．下列應用中把放射性同位素作為示蹤原子的是 ( ) A．利用鉆60治療腫瘤等疾病 B．射線探傷 C．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況 D．把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物用以檢測其吸收養(yǎng)分的情況 29．對放射性的應用，下列說法正確的是 ( ) A．放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，所以人體可以經(jīng)常照射 B．對放射性的肥料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理 C．射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置 D．對可能產(chǎn)生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的 30．帶電的檢測器在放射線的照射下電荷會很快消失，其原因是 ( ) A．射線的貫穿作用 B．射線的電離作用 C．射線的物理化學作用 D．以上均不正確 核力與結合能 質(zhì)量虧損 31．組成原子核的核子之間有很強的___________，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結合在一起，這種力稱為___________，它是一種強相互作用力。 32．自然界中原子序數(shù)較___________的原子核，其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；但原子序數(shù)較___________的原子核，中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多，越重的元素，兩者的差越大。 33．核子結合在一起時放出的能量或原子核分解成核子時吸收的能量稱為原子核的____________，它與核子數(shù)的比值叫________________。在結合或分解過程中，反應物與生成物的質(zhì)量之差叫______________。 34．已知氮核的質(zhì)量為14.00735u，氧核的質(zhì)量為17.00454u，氦核的質(zhì)量為4.00387u，質(zhì)子的質(zhì)量為1.00815u，則核反應N＋He →O＋H是____________（填“釋能”“吸能”）反應，能量變化了________________J。 35．已知質(zhì)子質(zhì)量mH、中子質(zhì)量mn、電子質(zhì)量me，碳12原子質(zhì)量M，則碳12原子核比結合能__________________________________________. 36．下列關于核反應的說法正確的是 ( ) A．愛因斯坦的質(zhì)能方程說明了物體質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉化 B．由質(zhì)能方程可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關系，可以用物體的質(zhì)量作為它所含有的能量的量度 C．核反應中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉化成的 D．因在核反應中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的的總能量不守恒 重核的裂變 輕核的聚變 37．重核被中子轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的新原子核的過程叫_______________，反應釋放出的中子又轟擊另一個重核……這樣的反應一次接一次地進行下去，這樣的過程叫________________，通常把此過程中的最小體積叫做它的___________體積，相應的質(zhì)量叫___________質(zhì)量。 38．原子核的鏈式反應也可以在人工控制下進行，從而實現(xiàn)了____________的可控釋放。實驗可控的條件是控制引起鏈式反應的____________的數(shù)目，方法是在核反應堆的___________之間插入一些鎘棒，鎘具有吸收___________的能力，當將鎘棒插得深一些時，就能更多的_________________，從而使鏈式反應的速度慢下來，這種鎘棒也叫_____________。 39．把兩個質(zhì)量較________的原子核結合成質(zhì)量較________的原子核的過程叫_______________，由于這種反應需要在幾百萬度的高溫下進行，所以也叫_________________。 40．輕核聚變與重核裂變相比有更多的優(yōu)點，第一，輕核聚變產(chǎn)能效率較________；第二，地球上核聚變?nèi)剂系膬α縚_____________；第三，核聚變更____________、更清潔。科學家設想的受控熱核反應有兩種方案：即______________和_______________。 41．下列核反應中屬于輕核聚變的是 ( ) A． H＋ H → He＋ n B． Th → Pa+ e C． Be + He → C+ n D． U → Th+ H 42．關于輕核聚變，下列說法正確的是 ( ) A．兩個輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時釋放出能量 B．同樣質(zhì)量的物體發(fā)生聚變時放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時釋放的能量大很多 C．聚變反應的條件是聚變物質(zhì)的體積達到臨界體積 D．發(fā)生聚變反應時的原子核必須有足夠大的動能