人教版高二物理选修3-5知识点总结

物理选修3-5知识点总结

1、一般物体热辐射除了与温度有关外，还与物体的材料和表面状况有关。

2、黑体辐射的规律为温度越高各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。右图会画

3、光电效应（光照到金属上，打出电子的现象）

①赫兹最早发现光电效应现象，爱因斯坦引入普朗克量子理论提出了光子说，

成功解释了光电效应。

②能够发生光电效应的条件：

入射光频率≥金属的极限频率（截止频率），

入射光波长≤金属极限波长

入射光能量hν≥金属逸出功

③任一种金属，都有自己的极限频率νC，极限波长λc

对应金属的逸出功W0，W O = hνC = hc/λc

④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s；

⑤光电子最大初动能与入射光的频率有关，但不成正比，而与入射光强弱无关。

关系式为 E K = hν- W O =hc/λ—W O，光电子最大初动能只随着入射光频率的增大

．．；

．．而增大右图E K -υ图像：

横轴的交点:金属的截止频率νc：

纵轴的交点为: -E= -W0

图线的斜率k =普朗克常量h

不同金属在同一张E K-ν图像中，斜率一样

⑥光电管内被光照的金属为阴极K，当其与电源负极相连时，所接为正向电压。见右上图

若能发生光电效应，滑动头P在最左端时，U=0，电流≠0。滑动头右移，电流增大然后趋于某最大值（饱和）。

⑦当入射光颜色不变时（即频率不变），入射光越强，单位时间内入射的光子数越多，则单位时间内射出的光电子数越多，饱和光电流越大

⑧当阴极K与电源正极相连时，所接为反向电压。滑动头右移，电流逐渐减小到0.

光电流恰好为0时，对应的反向电压叫遏止电压(U C)： U C e=E K

⑨遏止电压Uc与入射光频率ν关系：U C e=hν-W O Uc=( hν—hνc)/e

图像U C—υ如左图：

横轴交点：金属的截止频率，

I 纵轴交点= -W O /e

斜率为h/e

⑩右上图为光电流与电压关系：可见对同一光电管（即W0逸出功一样），入射光频率不变，遏止电压不变；入射光频率越大，遏止电压越大（图中，U C1>U C2，是因为蓝光频率大于黄光频率）

⑾由I－U图象可以得到的信息

(1)遏止电压U c：图线与横轴的交点的绝对值.

(2)饱和光电流I m：电流的最大值.

(3)最大初动能：E km＝eU c.

例：用5eV的光子照射光电管，其电流表示数随电压

变化如右图，图中Uc=3V，则，

光电子最大初动能= 3ev 光电管金属逸出功=2ev

例：当用一束紫外线照在原来不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，则锌板打出电子，锌板带正电，与它相连的验电器金属箔带正电。

例：右上图：某光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属钠制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，普朗克常量为h，电子的电荷量为e.用频率为ν的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是eU＋hν－hν0___；若在光电管阳极A和阴极K之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为____ （hν－hν0_）/e_________．

4、①光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。所以光具有波粒二象性。

②光子的能量： E=hν=hc/λ光子的动量： p=h/λ =E/C

③少量的光子表现出粒子性，大量光子运动表现为波动性

④光在传播时显示波动性，与物质发生作用时，往往显示粒子性

⑤频率小波长大的波动性显著，频率大波长小的粒子性显著

⑥光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子自身固有性质

5、①德布罗意提出，任何一个运动的物体都有一种波与之对应，宏观物体也存在波动性，

波长很小。这种波叫物质波，也叫德布罗意波。其波长λ=h/p；，P=mv(实物粒子质量*速度) 例：动能相同的电子和质子，各自对应的德布罗意波长不相等；电子波长大。

②电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子（或粒子）具有波动性。（实验中电子流波长比原子尺寸大，才能明显衍射）。

③入射光或入射实物粒子流波长越小（波长比障碍物尺寸小），显微镜的分辨本领越高，因为衍射现象不明显。

④物质波电磁波均是概率波

6、汤姆生研究阴极射线，发现电子。这说明原子有复杂结构

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，原子可以再分。

阴极射线就是电子

密立根油滴实验精确测出电子电量，进一步证实电子存在，并揭示电荷是量子化的，非连续的。

7、α粒子散射实验（α粒子轰击金箔）

①金箔是重金属箔，且延展性好。

②实验现象：绝大多数

．．．粒子却发生

．．．．α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α

了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回

．．．．．。

③卢瑟福根据α粒子散射实验现象，提出原子的核式结构模型

④核式结构模型内容：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．乎全部质量

．．．．都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。

⑤α粒子散射实验的用途三个：发现原子核式结构模型；原子核带电量（正电荷数）；估计

．．原子核半径（数量级为10-15m）。

8、①各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。

②我们可以利用线状谱、吸收光谱中的特征谱线来鉴别物质，进行光谱分析，确定这是何种元素。

③太阳光谱是吸收光谱，从太阳光谱中的暗线可知太阳大气层中含有什么元素。

④经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。

9、玻尔的原子模型

①玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出玻尔理论。

②轨道量子化：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，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

③原子核外电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫做基态，n=1，原子能量最低。

n=2处于第一激发态，n=3处于第二激发态；n=∞,处于电离态，电子脱离原子核束缚

④能级量子化：电子沿不同的轨道绕核运动时，原子的定态是不连续

．．

．．．的，因此能级也是不连续．的。

⑤原子总能量（能级）=电子的动能+原子核及电子共同具有的电势能。

当电子吸收一个光子后，n变大，电子离原子核变远，轨道半径变大，电势能增大，动能变小，总能量变大。

分析：静电力提供向心力： Ke2/r2=mv2/r → E K=ke2/2r, r变大，电子动能变小。

电子向高能级跃迁时，半径变大，库仑力做负功，电势能E p增加；

电子向高能级跃迁需要吸收光子，所以原子能量变大

⑥原子从高能级向低能级跃迁时只能放出（辐射）光子，且光子能量hν=E高-E低

⑦一群氢原子处于量子数为n的激发态时，能辐射出的光谱线条数为N= n(n-1)/2 。这些就是原子光谱的特征谱线。要会画跃迁图，并会计算这些光子能量。

一个氢原子处于量子数为n的激发态时，最多能辐射出n-1条谱线。

氢原子光谱中：其中3、4、5、6、跃迁到2的四条谱线是可见光

⑧原子从低能级向高能级跃迁时可能是光照，也可能是由于实物粒子碰撞。

（1）光照情况下：若原子不能被电离，则只能吸收满足能级差的光子。

且光子能量 hν= E高-E低。

若原子能被电离，则可吸收大于等于电离能的所有光子。

一个电子俘获一个光子，用掉电离能，剩下的能量是自由电子的动能。

电离能W：使某一定态的电子逃到n=∞所需要吸收的能量。W=E∞-En=0-En=-En （2）实物粒子撞击时，只要实物粒子的动能大于等于能级差均可。

⑨已知氢原子：r n =n2 r1 , E n = E1/n2 (n=1,2,3 ) E1 = -13.6eV

根据E n=-13.6/n2, n变大， E n变大

⑩例1：已知大量氢原子处于n=4能级，E n = E1/n2，将辐射的光子按能量大小排列，并求出波长最大值为多少？

能量从小到大 4→3 3→2 ，4→2， 2→1， 3→1， 4→1

波长越大，能量越小。E4—E3= hc/λλ=—144hc/7E1

例2：频率为ν的光子照射在处于基态E1的氢原子上，使其核外电子被电离，求电离后自由电子的动能？

Ek= hν— E电离能 = hν—（0—E1）= hν+E1

例3：能量为3.5 eV的光子照射在处于第一激发态的氢原子上，已知E1 = -13.6eV，

E n = E1/n2求电离后自由电子的动能？

解：第一激发态n=2,E2=-3.4eV,其电离能为3.4 eV，所以氢原子核外电子吸收光子能量被电离，还剩下0.1 eV是电离后自由电子的动能

例4：如图所示为氢原子的能级图，n为量子数，若氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，则一群处于n＝4能级的氢原子在向基态跃迁时，产生的光子中有几种频率的光子能使该金属产生光电效应，

其中金属逸出功多大？光电子的最大初动能Ekm？

解：（1）光子能量从大到小 4→1，3→1，2→1，4→2，3→2，4→3

有5种频率的光子可以使金属发生光电效应

逸出功W0=E3-E2=1.89eV

光子能量=E4-E1=12.75eV光电子的最大初动能Ekm=10.86eV

10、①玻尔模型的成功之处在于能解释氢原子的线状谱，局限之处在于它过多地保留了经典理论（经典粒子、轨道等），无法解释复杂原子的光谱。

②现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。

11、①贝可勒尔发现天然放射现象，揭示原子核有复杂结构，原子核可以再分。

②原子序数大于等于83的元素，都能自发地发出射线。原子序数小于83的元素，有的也能放出射线，具有天然放射现象。

③

α射线就是氦核，正电，速度0.1C，能被纸片挡住，电离作用很强，云室中径迹直而清晰。β射线为电子，负电，速度0.99C，贯穿本领较强（能穿透几毫米的铝板），电离作用较弱；云室中高速β粒子径迹又细又直，低速β粒子径迹又短又粗而且弯曲。

γ射线是γ光子，不带电，速度是C，是电磁波，贯穿本领最强（能穿透几厘米的铅板和几十厘米厚的混凝土），电离作用很小，云室中看不到径迹。

④射线来源实质：

α射线是衰变时，反应物原子核内2个质子和2个中子十分紧密结合在一起，抛射出来；β射线是衰变时，反应物原子核内一个中子变成质子和电子，电子发射出来

γ射线实质是当放射性物质发生α衰变和β衰变时，产生的新原子核（生成物）处于高能级（激发态），在向低能级跃迁的过程中放出的。

γ射线伴随着α衰变和β衰变同时发生

⑤半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变

．．．．．．．．．．需要的时间. 半衰期是由核内部

．．．本身的因素决定，与原子所处的物理状态（如压力温度）或化学状态（如单质形式还是化合物形式）无

关，它是对大量原子的统计规律

．．．．．．．．．．。

⑥氡的半衰期3.8天。1000个氡核经过3.8天，剩下500个。（错）

1克氡核经过3.8天剩下0.5克（对）

1克铀矿石经过一个半衰期，质量只剩一半。（错）

⑦氦核α粒子：β粒子（电子）：质子：中子：正电子：0+1e

⑧α衰变方程通式A

Z

X→42--A Z Y+42He；生成的新核比原核质子数中子数各少了2个

β

衰变方程通式：A

Z

X→A Z1+Y+01-e；生成新核比原核质子数增加了1，中子数少了1。

12、原子核的组成

①卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现质子即氢原子核,并预测了中子存在。

核反应方程14

7

N+42He→178O+11H 这也是人类第一次实现的原子核的人工转变

②查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现中子。9

4

Be+42He→126C+10n

③小居里夫妇在用α粒子轰击铝箔，第一次用人工方法得到放射性同位素，并发现正电子。

4

2

He＋2713Al→10n＋3015P 3015P→3014Si＋0+1e

④放射性同位素

生活中用的射线来源几乎都源自产生的射线，因为半衰期短，核废料干净，便于处理。

应用：工业上射线测厚仪、农业上培优保鲜、医学上放射治疗、农业医学上示踪原子

⑤原子核A

Z X A=质量数=质子数+中子数=核子数

Z=核电荷数=质子数=原子序数=核外电子数

N=中子数=A-Z

⑥质子数相同，中子数不同的原子互称同位素。例如氕、氘、氚

⑦原子核四种核反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变

任一种核反应均遵循质量数守恒，电荷数守恒，动量守恒，能量守恒

动量守恒关系：反应物动量之和=生成物动量之和

能量守恒关系：反应物动能之和+质量亏损释放能量△mC2=生成物动能之和+放出的光子能量

13、①核力是强相互作用力，短程力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多

②在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力．

③只有相邻的核子间才有核力。具有饱和性。

④自然界中较轻的原子核中，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核中，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。

14、

①自由核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为自由核子时需吸收的最小的能量, 称为结合能，亦称核能。

结合能△E=△mC2 (质量亏损=自由核子的质量之和-原子核的质量)

②某原子核的比结合能==结合能÷核子数

例：已知质子、中子、4

2

He的质量分别为m P、m n、m3，则当2个质子2个中子结合成42He，释放能量，氦核的结合能为（2m p+2m n-m3）C2, 氦核的比结合能为（2m1+2m2-m3）C2/4

③比结合能越大，平均每个核子的质量亏损最大，核子平均质量越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定

④中等质量的核比结合能最大，最稳定。

⑤

⑥比结合能小的变成比结合能大的核反应，因为质量亏损，所以释放核能。

因为释放核能，反应物的结合能之和均小于生成物的结合能之和。

例：衰变、轻核聚变、重核裂变均出现质量亏损，释放核能。

⑦ 1uC2==931.5MeV （兆电子伏特即106电子伏特） 1Mev=1.6×10-13J

△E=△mC2 (质量△m单位kg,光速C=3×108m/s 能量△E单位:焦耳 )

⑧例1：已知氘核的质量 m D= 3.343 6×10 -27 kg，氦核的质量mα=6.6467×10 -27 kg,2个氘核结合成氦核， (1)写出核反应方程式？（2）释放多少核能？

解：

△E=△mC2=（2m D-mα）C2△E=(2×3.343 6×10-27-6.6467×10-27)×(3×108)2=3.6×10-12J

例2：已知氘2核的比结合能E1，氦4核的比结合能为E2，2个氘2核结合成氦4核，释放多少核能？放出△E=4E2-4E1

分析：一个氘2核吸收2E1，分解成一个质子和一个中子，所以2个氘2核吸收4E1，分解成2个质子和2个中子，然后这四个自由核子放出4E2，变成氦核，所以一共放出4E2-4E1能量

Rn)放出一个α粒子后变成钋核(218 84Po).已知钋核的速率v＝1×106例3：一个静止的氡核(222

86

m/s，求α粒子的速率.

解：由动量守恒定律得mαvα－m Po v＝0 左上方代表质量数，可看做质量之比mα=4m m Po=218m 得：vα＝5.45×107 m/s

例4：原来静止的氡核发生一次α衰变生成新核钋，并放出一个能量E0＝0.09MeV的光子．已知放出的α粒子动能Eα＝5.55MeV，忽略放出光子的动量，但考虑其能量，1u相当于931.5MeV的能量．

(1)写出衰变的核反应方程；

(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(结果保留三位有效数字)

例5：在足够大的匀强磁场中，静止的A核发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核B，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹为外切圆，半径之比为44:1；

则分析可得：发生了α衰变，大圆是α粒子轨迹，B核电量是88e，A核原子序数是是90

改：在足够大的匀强磁场中，静止的A核发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核B，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹为内切圆，半径之比为44:1；则分析可得：发生了β衰变，大圆是β粒子轨迹，B核电量是44e，A核原子序数是是43

例6：一对正负电子相遇后转化为光子的过程被称之为湮灭．

①静止的一对正负电子湮灭会产生两个同频率的光子，且两个光子呈180°背道而驰，这是为什么？

②已知电子质量m ，真空中光速c ，普朗克恒量为h ，求一对静止的正负电子湮灭后产生的光子的频率？光子动量？

③若正负电子具有相同初动能Ek，面对面正碰，发生湮灭，则湮灭后产生的光子的频率？光子动量？解：①因为系统动量守恒，总动量为0，所以两个光子动量等大反向。

②△E=△mC2 =2mC2=2hνν= mC2/h P=h/λ=mC

③ 2Ek+△E= 2hνν=（Ek+mC2）/h P=h/λ=（Ek+mC2）/C

15、重核裂变

①一个重核铀235在俘获一个中子后，分裂成几个中等质量的核，释放核能的过程,生成物中会产生若干个中子。所以裂变反应又称为链式反应

②链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积，并有中子进入。

③裂变产生的中子速度很大，为使减速要放慢化剂。利用快中子与慢化剂碰撞，变成慢中子（热中子）。慢化剂为：重水、轻水（普通水）、石墨

④铀核裂变过于激烈时，为了调节中子数目以控制反应速度，需要插入镉棒吸收中子

⑤裂变应用有原子弹、核电站、核反应堆。

16、轻核聚变

①轻核发生聚变的条件是：超高温（几百万度以上），因此聚变又叫热核反应。

②聚变应用：太阳等恒星内部热核反应、氢弹、可控热核反应。

③轻核聚变过程平均每个核子释放的能量比重核裂变大的多