课题研究名师教学设计1

句实高16-17学年第二学期高三物理知识点

第2份

总2份

2017年2月14日

选修3-5动量和原子

主备人：龚安涛 审核人：王丽娜、朱有庆 行政审核人：

胡良生

第一讲

动量守恒定律及应用

一、动量及其变化

1．定义：物体的 质量 与 速度 的乘积．

2．表达式： p=mv ，单位：km·m/s.

3．动量的三性

(1)矢量性：方向与瞬时速度方向相同．运算遵循平行四边形定则。

(2)瞬时性：动量是描述物体运动状态的量，是针对某一时刻而言的．

(3)相对性：大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量

4．动量与动能的关系：p =2mEK

5．动量的变化量：

(1)定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称△p= p′－p为物体在该过程中的动量的变化量

(2)动量的变化△p也是 矢 量。其方向与速度的变化（△v）方向 相同 只要求掌握在一维情况（即同一直线上）下Δp的计算

二、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 ，系统的总动量保持

不变 ．

2．动量守恒的条件

(1)系统不受外力或系统所受外力之和为零．

(2)系统所受的外力之和虽不为零，但比系统内力小得多，如碰撞问题中的摩擦力，爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多，可忽略．

(3)系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零，或外力远小于内力，则系统该方向动量守恒．

3．表达式

(1)p＝p′或p1＋p2＝p′1＋p′2系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p′. (2)Δp1＝－Δp2

相互作用的两个物体组成的系统，一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反．

(3)Δp＝0 系统总动量增量为零．

注意：内力的冲量对系统动量是否守恒没有影响，但可改变系统内物体的动量。内力的冲量是系统内物体间动量传递的原因，而外力的冲量是改变系统总动量的原因。

三、碰撞模型及处理方法：

1、特点：①动量守恒；②碰后的动能不可能比碰前大；③对追及碰撞，碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。

2、分类

按碰撞前后速度方向是否在同一直线上分为：正碰和斜碰

按碰撞前后动能是否守恒分为：弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞的两物必符合下列两公式：

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'm1v1+m2v2=m1v1m2v'2 (1) P12P22P1'2P2'2111122'2'2mv1mv2mv1mv2 (2 ) 或 =

22222m12m22m12m2非弹性碰撞的两物只公式1成立。这是考试要点！

3、爆炸、反冲均可处理为动量守恒，用公式1求解

4、用公式1求解时，一定要先规定正方向，速度均带有正负号，再计算，否则就错。计算某时刻或某位置时物体的动量时，或者计算一段时间内的动量变化量△p时，也如此。

第二讲

波粒二象性

一、能量量子化

1、热辐射：所有的物体都能都在向外辐射电磁波（能量），且与温度有关。

2、黑体:能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，但是能辐射

3、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关

4、黑体辐射的实验规律如图: A在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间

B温度越高,各种波长的辐射强度都增加,辐射强度的极大值越大

C温度越高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

5、量子理论的建立：1900年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的能量值ε叫做能量子ε= h。h为普朗克常数（6.63×10J.S）.能正确解释黑体辐射实验规律

二、光电效应

（1）实验装置入现象:在光的照射下，物体发射电子的现象，叫做光电效应. （2）光电效应的规律:①任何一种金属都有发生光电效应的极限频率，入射光的频率必须大于这个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，随入射光的频率增大而增大；③光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10s；④当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比. （3）光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即E=hν. （4）光电效应方程

：①逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值；即Whv0；②光电效应方程：Ek= hν–W. 3、4两点均为爱因斯坦提出的

光电效应的实验现象及规律分析：实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图可求出: 1.该金属的截止频率和截止波长

2.普朗克常量 3.该金属的逸出功

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三. 康普顿效应

（1）康普顿效应：1918-1922年康普顿（美）在研究石墨对X射线的散射时发现，当γ射线或X射线打在物质上，发生光的散射，在光的散射过程中，有些散射光的波长比入射光的波长略大，这种现象叫康普顿效应。

（2）意义：康普顿效应说明是验证光的波粒二象性的实验之一. 四．物质波

1924年德布罗意（法）提出，实物粒子和光子一样具有波动性，任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，波长λ=h / p，这种波叫物质波，也叫德布罗意波。（P38 电子的衍射图样；电子显微镜的分辨率为何远远高于光学显微镜）

五.光的波粒二象性

干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，由于光既有波动性，又有粒子性，只能认为光具有波粒二象性。但不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。（1）大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性；（2）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．与物质相互作用时，粒子性起主导作用；传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率)，由波动性起主导作用；（3）对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．

第三讲

原子结构及原子核

一、电子的发现

1.阴极射线的本质：阴极射线的本质就电子

2.电子发现：

_汤姆孙发现电子证明了原子结构的复杂性，他认为阴极射线是是带电粒子流。

1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中偏转的情况断定它的本质是带负电的粒子流，并求出粒子的比荷，组成阴极射线的粒子被称作_电子_。

电子电荷的精确测定：1910年密立根的“油滴实验”电子电荷e=_________c。电子电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整数倍. 二、原子结构

1、卢瑟福的粒子散射实验及其提出的原子核式结构模型

（1）粒子散射实验的目的、设计及设计思想。

①目的：通过粒子散射的情况获取关于原子结构方面的信息。

②设计：在真空的环境中，使放射性元素钋放射出的粒子轰击金箔，然后透过显微镜观察用荧光屏接收到的粒子，通过轰击前后粒子运动情况的对比，来了解金原子的结构情况。

（2）粒子散射现象

①绝大多数粒子几乎不发生偏转；②少数粒子则发生了较大的偏转；

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③极少数粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°有的甚至几乎达到180°）。

（3）a粒子散射的简单解释

①电子质量远远小于粒子，所以电子不可能使α粒子发生大角度散射。②使粒子发生大角度散射的原因只能是原子中带正电的部分，从而否定了汤姆生的原子模型。

③实验中粒子绝大多数不发生偏转，少数发生较大偏转，极少数偏转超过90，个别甚至被弹回，都说明了原子中绝大部分是空的，带正电的物质只能集中在一个很少的体积内（原子核）。从而建立原子的核式结构模型！

2、原子的核式结构

（1）核式结构的具体内容：

①在原子的中心有一个很小的原子核②原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核里③带负电的电子在核外空间里旋转。

在原子直径的数量级为1010m，而原子核直径的数量级约为1015m。

（2）核式结构的实验基础

核式结构的提出，是建立在a粒子散射实验的基础之上的。或者说：卢瑟福为了解释a粒子散射实验的现象，不得不对原子的结构问题得出核式结构的理论。

3、氢原子能级及氢光谱

光谱的种类：（1）发射光谱：物质发光直接产生的光谱。炽热的固体、液体及高温高压气体发光产生连续光谱；

稀薄气体发光产生线状谱，不同元素的线状谱线不同，又称特征谱线。

（2）吸收光谱：连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱，元素能发射出何种频率的光，就相应能吸收何种频率的光，因此吸收光谱也可作元素的特征谱线。

（1）氢原子能级

氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为En道半径关系式为：rnn2n21E，对应的轨=1的状态称为基态，氢原子基态r1，其中n叫量子数，只能取正整数。n

10的能量值E113.6eV,r10.5310①能级公式：En的系统的电势能。

②半径公式：rnnr1(r10.53A)

（2）氢光谱

2m。量子数n越大，动能越小，势能越大，总能量越大。

1E1(E113.6eV)；该能量包括电子绕核运动的动能和电子与原子核组成2n在氢光谱中，n=2，3，4，5，……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6向n=2跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线的前4条谱线落在可见光区域内。

4、玻尔原子模型

卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾（矛盾为：a、原子是不稳定的；b、原子光谱是连续谱），1913年玻尔（丹麦）在其基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出玻

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尔理论。

（1）“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，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。

（2）“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=E2-E1。

跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。

（3）“轨道量子化假设”：

原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应。轨道半径也是不连续的。

5、光子的吸收与发射

原子从一种定态（能量为E初），跃迁到另一种定态（能量为E终），它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定：

即hE初E终。若E初＞E终，则辐射光子； 若E初＜E终，则吸收光子。

能级跃迁： 使原子发生跃迁时，入射的若是光子，光子的能量必须恰好等于两定态能级差；若入射的是电子，电子的能量须大于或等于两个定态的能级差。

第四讲

原子核

一、原子核的组成

1．天然放射现象

（1）物质发射射线的性质称为

。元素这种自发的放出射线的现象叫做

．具有放射性的元素称为

．

（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于

的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．

2．三种射线的比较

射线种类

组成

高速氦核流

高速电子流

光子流（高频电磁波）

速度

0.1C 0.99C C 贯穿本领

最弱（用纸能挡住）

较强（穿透几毫米的铝板）

最强（穿透几厘米的铅板和几十厘米厚的混凝土）

电离作用

很强

较弱

很弱

射线

射线

γ射线

小结：①实验发现：元素具有放射性是由原子核

决定的，跟原子所处的物理或化学状态

。不管该元素是以

的形式存在，还是以

形式存在，或者对它施加

，或者升高它的

，它都具有放射性。

②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核

，这说明原子核内部也有复杂的结构。

3．原子核的组成

①1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子。质子带

电荷，电荷量与一个电子所带电

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荷量

，mp1.67262311027kg

②卢瑟福提出了在原子核内部存在中子的设想，1932年查德威克通过实验证实了这个猜想。证明：用天α射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强（10-20厘米的铅板）的不带电粒子，用其轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子，中子不带

，-27ｍｎ＝１．６７４９２８６×10kg

③数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为

，组成

。

④原子核的电荷数= 数= 数= 序数

⑤原子核的质量数= 数= 数+ 数

⑥符号ZX表示原子核，X： 符号；A：核的 数；Z： 数

4．同位素

（1）定义：具有相同

而

不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。

（2）性质：原子核的质子数决定了核外

数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的

性质，因而同种元素的同位素具有相同的

性质。

二、放射性元素的衰变

（1）人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律，是从天然放射现象开始的。

（2）1896年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，玛丽-居里和皮埃尔-居里经过研究发现了新元素钋和镭。

1．概念：原子核放出α粒子或β粒子，由于 变了，它在周期表中的 就变了，变成 原子核。我们把这种变化称为原子核的 。

2．衰变的种类

⑴α衰变：铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核-----钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。

衰变方程： 普遍方程： A

234衰变实质：2个质子和2个中子结合成一个整体射出

⑵β衰变：钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成91Pa（镤），它进行的是β衰变，

衰变方程： 普遍方程：

衰变实质：中子转化为 子和 子，方程为：

3．γ射线的产生

γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核处于激发态而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生，没有单独的γ衰变（γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。）γ射线的本质是能量。即γ射线的本质，不能单独发生。

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氡的衰变

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4．半衰期

（1）概念：放射性元素的原子核，有 发生衰变所需的时间，叫做这种元素的

（2）半衰期是表示放射性元素的衰变的 物理量。

（3）半衰期描述的对象是 的原子核，不是 原子核，这是一个 规律

（4）放射性元素衰变的快慢是由原子核内部 的因素决定的，跟原子所处的 和 无关。一种放射性元素，不管它是以 形式存在，还是以 形式存在，或者对它施加 ，提高 ，都不能改变它的半衰期。

三、放射性的应用与防护

1．核反应：原子核在其它粒子的 下产生 的过程叫核反应。在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。

卢瑟福发现质子的核反应方程为： ；

查德威克发现中子的核反应方程为： ；

2．人工放射性同位素

（1）放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。

（2）人工放射性同位素

30居里夫妇用α粒子轰击铝产生15P的核反应方程为 30150，其衰变方程为： P即为人工放射性同位素，它可以发生衰变放出正电子（1e）（3）人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制；形状容易控制；半衰期短，废料容易处理。

（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素

3．放射性同位素的应用

利用射线：（1）射线测厚装置（2）烟雾报警器（3）放射治疗

（4）培育新品种，延长保质期

作为示踪原子：（1）棉花对磷肥的吸收（2）甲状腺疾病的诊断

4.放射性同位素的防护

过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，因此，在使用放射性同位素时，必须注意人身安全，同时要放射性物质对空气、水源等的破坏。

四、核力与结合能

1．核力的特点

（1）核力是 (强力)的一种表现。

（2）核力是 ，作用范围在1.5×10 m之内。

（3）核力存在于核子之间，每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 。

2．四种基本相互作用力

① （弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力

② （强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力

③ ：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体。→长程力

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④ ：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。→长程力

3．结合能

（1）概念：把原子核分开成核子要 能量，核子结合成原子核要 能量，这个能量叫做原子核的 。

（2）原子核越大，它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做 ，也叫 。比结合能 ，表示原子核中核子结合得越 ，原子核越 。

4．质量亏损

科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做 ，质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来.

（1）爱因斯坦质能方程：

爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成 。

（2）核反应中由于质量亏损而释放的能量： 特别说明：

①物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。

②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少

③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律; ④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

即质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

阅读课本82页原子核的比结合能图，得出结论： 的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定。 五、重核的裂变

1．重核分裂成 的核，释放出 的反应，称为 。

2．铀核的裂变：

最典型的一种核反应方程式 3．链式反应： 应用：原子弹

（1）定义：由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。

（2）临界体积（临界质量）：通常把裂变物质能够发生链式反应的 叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。

六、核聚变 应用：氢弹

1、概念：两个 结合成 的核，这样的反应叫做聚变。

2、聚变方程： 3、核聚变发生的条件

-15微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

宏观上：要使原子核有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。

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