浙江省20届选考物理二轮复习 第2部分 选考考点排查 考点13 选修3-5

考点13 选修3－5

考试标准

知识内容 考试要求

动量和动量定理 c

动量守恒定律 c

碰撞 d

反冲运动 火箭 b

能量量子化 b

光的粒子性 c

粒子的波动性 c

概率波 b

不确定性关系 b

电子的发现 a

原子的核式结构模型 b

氢原子光谱 b

玻尔的原子模型 c

原子核的组成 a

放射性元素的衰变 c

探测射线的方法 a

放射性的应用与防护 a

核力与结合能 c

核裂变 c

核聚变 c

粒子和宇宙 a

动量、冲量、动量定理

1．动量：p＝mv，方向同速度方向，状态量．

2．冲量：I＝Ft，方向同力的方向，过程量．

3．动量定理

(1)内容：物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量．

(2)公式：mv′－mv＝F(t′－t)或p′－p＝I.

(3)动量定理的理解

①动量定理反映了力的冲量与动量变化量之间的因果关系，即外力的冲量是原因，物体的动量变化量是结果．

②动量定理中的冲量是合力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，可以是各力冲量的矢量和，也可以是外力在不同阶段冲量的矢量和．

③动量定理表达式是矢量式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义．

动量守恒定律

1．内容

如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变．

2．表达式

(1)p＝p′，系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′.

(2)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．

(3)Δp1＝－Δp2，相互作用的两个物体动量的变化量等大反向．

(4)Δp＝0，系统总动量的增量为零．

3．适用条件

(1)理想守恒：不受外力或所受外力的合力为零．

(2)近似守恒：系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力．

(3)某一方向守恒：如果系统在某一方向上所受外力的合力为零，则系统在这一方向上动量守恒．

碰撞

1．定义：相对运动的物体相遇时，在极短的时间内它们的运动状态发生显著变化，这个过程就可称为碰撞．

2．特点：作用时间极短，内力(碰撞相互作用力)远大于外力，总动量守恒．

3．碰撞分类

(1)弹性碰撞：碰撞后系统的总动能没有损失．

(2)非弹性碰撞：碰撞后系统的总动能有损失．

(3)完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体，动能损失最大．

光电效应及其规律

1．光电效应现象

在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．

2．光电效应的产生条件

入射光的频率大于等于金属的极限频率．

3．光电效应规律

(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效

应．

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．

(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.

(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．

爱因斯坦光电效应方程

1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.

2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值．

3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．

4．光电效应方程

(1)表达式：Ek＝hν－W0或hν＝Ek＋W0.

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．

5．两条对应关系

(1)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；

(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．

6．三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.

(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.

(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.

7．光电效应四类图象

图象名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量

最大初动能Ek与入射光频率ν的关系

图线

①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc

②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E

③普朗克常量：图线的斜率k＝h

颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标

②饱和光电流Im：光电流的最大值

③最大初动能：Ek＝eUc

颜色不同时，光电流与电压的关系图线

①遏止电压Uc1、Uc2

②饱和光电流

③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标

②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大

③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)

光的波粒二象性与物质波

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．

(2)光电效应说明光具有粒子性．

(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．

2．物质波

(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．

(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．

玻尔理论

1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量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．

2．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．

3．跃迁：电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En.(m＞n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)

4．氢原子的能级图，如图所示

天然放射现象和原子核

1．天然放射现象

(1)天然放射现象

元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．

(2)放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．

②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等．

③防护：防止放射性对人体组织的伤害．

2．原子核的组成

(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．

(2)基本关系

①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数．

②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．

(3)X元素的原子核的符号为AZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．

3．原子核的衰变、半衰期

(1)α衰变、β衰变的比较

衰变类型 α衰变 β衰变

衰变过程 AZX→A－4Z－2Y＋42He AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e

衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子

211H＋210n→42He 10n→11H＋ 0－1e

匀强磁场中轨迹形状

衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子．

(3)确定衰变次数的方法

因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．

4．半衰期

(1)公式：N余＝1()2tN原，m余＝1()2tm原.

(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状

态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．

核反应

1．核反应的四种类型

类型 可控性 核反应方程典例

衰变 α衰变 自发 238 92U→234 90Th＋42He

β衰变 自发 234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e

人工转变 人工控制 14 7N＋42He→17 8O＋11H(卢瑟福发现质子)

42He＋94Be→12 6C＋10n(查德威克发现中子)

2713Al＋42He→3015P＋10n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 3015P→3014Si＋ 0＋1e

重核裂变 容易控制 235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n

235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n

轻核聚变 很难控制 21H＋31H→42He＋10n

2.核反应方程的书写

(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子( 0－1e)、正电子( 0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．

(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程时只能用“→”表示反应方向．

(3)核反应方程中质量数守恒，电荷数守恒．

核力和核能

1．原子核内部，核子间所特有的相互作用力．

2．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其释放的能量ΔE＝Δmc2.

原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.

3．核能的计算

(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．

质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”．

(2)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用．

(3)利用比结合能计算核能

原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．

核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．