【2022】高考物理選修3-5知識點(diǎn)歸納

波粒二象性知識要點(diǎn)梳理知識點(diǎn)一——黑體與黑體輻射要點(diǎn)詮釋：1、熱輻射現(xiàn)象稱為熱輻射。對熱輻射的初步認(rèn)識：對于一般材料的物體，溫度越高，熱輻射的波長越短、強(qiáng)度越強(qiáng)。成分越來越強(qiáng)。例如投在爐中的鐵塊由于不斷加熱，鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。熱輻射強(qiáng)度還與材料的種類、表面狀況有關(guān)。熱輻射的過程中將熱能轉(zhuǎn)化為電磁能。2、黑體與黑體輻射能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。孔，如圖所示，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成為了一個絕對黑體。對上圖中的空腔加熱，空腔內(nèi)的溫度升高，小孔就成了不同溫度下的導(dǎo)體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明黑體輻射強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。利用分光技術(shù)和熱電偶等設(shè)備就能測出它所輻射的電磁波強(qiáng)度按波長的分布情況。如下圖畫出了四種溫度下黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系：從中可以看出，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。對實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解析：物體中存在著不停運(yùn)動的帶電微粒，每個帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的解釋1896年分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式?；闹嚱Y(jié)果被認(rèn)為是物理學(xué)理論的災(zāi)難，當(dāng)時被稱為紫外災(zāi)難。為了得出同實(shí)驗(yàn)符合的黑體輻射公式，1900年底，德國物理學(xué)家普朗克提出了能量子的概念。3、能量子輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但應(yīng)的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）1ε2ε3εnεn為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為υ的諧振子最小能量為其中υ。子的能量是分立的。借助于能量子的假設(shè)，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，如圖所示，與實(shí)驗(yàn)符合令人擊掌叫絕。知識點(diǎn)二——光電效應(yīng)要點(diǎn)詮釋：1、光電效應(yīng)現(xiàn)象在光（包括不可見光）光電子定向移動形成的電流叫光電流。研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖，陰極K和陽極A在受到光照時能夠發(fā)射光電子。電源加在K與A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對調(diào)。電源按圖示極性連接時，陽極A吸收陰極K（色）等物理量之間的關(guān)系。2、光電效應(yīng)規(guī)律存在著飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比。a.b.入射光越強(qiáng)，飽和電流越大如果用一定頻率和強(qiáng)度的單色光照射陰極，改變加在A和K兩極間的電壓U，測量光電流I如圖所示的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)表明：光電流I隨正向電壓U的增大而增大，并逐漸趨于其飽和值Is；而且飽和電流Is的大小與入射光強(qiáng)度成正比。K射出的電子的數(shù)目和初速度相同，當(dāng)增加電壓時射到陽極A的電子的速度增大，根據(jù)I＝nqvs所以電流存在飽和值。當(dāng)光電流達(dá)到飽和時，陰極K上所有逸出的光電子全部飛到了陽極A上，即：Is=，其中n是單位時間內(nèi)陰極K上逸出的光電子數(shù)?？刂齐妷汉凸獾念l率不變，增大入射光的強(qiáng)度，n增大，飽和電流越大。因此光電效應(yīng)的上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以表述為：單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比。存在著遏止電壓和截止頻率當(dāng)所加電壓為零時，電流I并不為零只有施加反向電壓，電流才有可能為零由上圖可見，A和K兩極間的電壓為零時，光電流并不為零，只有當(dāng)兩極間加了反向電壓U=-UC<0時，光電流I才為零，UC稱為遏止電壓(或截止電壓)。實(shí)驗(yàn)表明：對于一定顏色（頻率）也會改變。這表明光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增加而增加。0當(dāng)入射光的頻率減小到某個值υ0當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值υ0

時，UC

減小到零，既不施加反向電壓也沒有光電流，這表明已經(jīng)沒有光電子了。若入射光頻率再降低，則無論光的強(qiáng)度多大，都沒有光電子產(chǎn)生，不發(fā)生光電效應(yīng)。這個由陰極金屬材料性質(zhì)決定的頻率υ，稱為金屬的截止頻率（或極限頻率。不同的金屬極限頻率不同，對于同一種金屬，只有當(dāng)入射光頻率0υ大于一定的極限頻率υ0

時，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)。電效應(yīng)。不同金屬的極限頻率不同。光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的。0實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要入射光的頻率υ>υ，無論光多么微弱，從光照射陰極到光電子逸出，這段時間不超過10-9s。光電效應(yīng)的發(fā)生時間如此之短，通常稱它是瞬時發(fā)生的。03、波動理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律的疑難但是按照波動理論，應(yīng)得出如下結(jié)論：①光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏制電壓UC應(yīng)該和光的強(qiáng)弱有關(guān)，但事實(shí)是在入射光的頻率相同的情況下，改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，遏制電壓不變；截止頻率，當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率時，無論入射光多么強(qiáng)，都不會看到光電效應(yīng)；這些結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。眾多的疑難呼喚著新的思想，新的觀念，新的理論。知識點(diǎn)三——愛因斯坦的光電效應(yīng)方程要點(diǎn)詮釋：1、新理論的誕生——光子說背景的結(jié)果才能和實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。每一份能量叫做一個能量子，每個能量子的能量為。受普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦認(rèn)為：光在空間傳播正向粒子那樣運(yùn)動，這個粒子后來被稱為“光子”內(nèi)容空間傳播的光不是連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個光子，每個光子的能量為ε=hυ。愛因斯坦的光子與普朗克的能量子的異同相同點(diǎn)：都認(rèn)為能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份能量為（能量量子化）實(shí)物粒子。2、光子說對光電效應(yīng)的解釋的電子，則一點(diǎn)能量也沒有獲得。②得到能量的電子，動能立即增大，而不需要積累能量的過程。③如果這個能量足夠大，則電子就掙脫金屬的束縛而射出來，即產(chǎn)生光電效應(yīng)；如果這個能量不足以掙脫金屬的束縛，則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。④頻率一定時，光強(qiáng)越大，即光子的數(shù)目越多，獲得能量的電子也越多，即光電子的數(shù)目與光強(qiáng)成正比。3、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值初動能。這些光電子克服金屬原子的引力所做的功叫做逸出功。光電效應(yīng)方程根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動能mv2跟入射光子的能量hυ和逸出功W之間有如下關(guān)系：mmv2=hυ-W 這個方程叫愛因斯坦的光電效應(yīng)方程。m對于一定的金屬來說，逸出功W的值是一定的。所以入射光子的頻率υ越大，光電子的最大初動能也越大。飽和值也大。4、光電效應(yīng)的應(yīng)用學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。光電管就是應(yīng)用最普遍的一種光電器件。量的惰性氣體。管的內(nèi)壁涂有逸出功小的金屬作為陰極。管內(nèi)另有一陽極。當(dāng)光照射到光電管的陰極K時，陰極發(fā)射電子，電路里就產(chǎn)生由ab的電流。知識點(diǎn)四——康普頓效應(yīng)要點(diǎn)詮釋：1、光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。2、康普頓效應(yīng)0英國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的色散時，發(fā)現(xiàn)在色散的X射線中，除了與入射波長λ0

相同的成分外，還有波長大于λ0

的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。的散射光，即經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出現(xiàn)了矛盾。射線不僅具有能量，也像其他粒子那樣，方程，可以得出散射光波長的變化量△λ，理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)符合得很好。具有動量。3、光子的動量一定的質(zhì)量m與一定的能量E光子的能量E=hυ借用質(zhì)子、電子的動量定義p=mv有：λ看，動量p減小意味著波長λ變大，因此有些光子散射后波長變大。知識點(diǎn)五——粒子的波動性要點(diǎn)詮釋：1、光的波粒二象性的光子流，也就是說光具有粒子性。我們可以看出：光既有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動性；個別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。頻率越低，波長越長的光，波動性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著?？梢园压獾牟▌有钥醋鍪潜砻鞔罅抗庾舆\(yùn)動規(guī)律的一種概率波。2、粒子的波動性1924,而且粒子的能量εp跟它所對應(yīng)的波的頻率υ和波長λ之間，也向光子跟光波一樣，遵從如下關(guān)系：ε=hυp=mv=h/λ羅意波，而λ=h/mv=h/p稱為德布羅意波長公式。說明：也無法用軌道描述它們的運(yùn)動，但是它們在空間各處出現(xiàn)的概率是受波動規(guī)律支配的，故物質(zhì)波也是一種概率波。3、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927年，英國物理學(xué)家G·P·湯姆遜知識點(diǎn)六——概率波與不確定關(guān)系要點(diǎn)詮釋：1、概率波定。因此說光波是一種概率波。分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，例如衍射條紋的分布等。2、不確定關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，描述粒子的運(yùn)動狀態(tài)在于確定任一時刻粒子的位置和動量，這種描述，在宏觀領(lǐng)域是可行的，而()到達(dá)該點(diǎn)的概率，入射的粒子可以認(rèn)為有確定的動量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。對于通過擋板的粒子來說，它們位置，因?yàn)楠M縫有一定的寬度a，從這兒可以看出，粒子動量的不確定性增加了。利用數(shù)學(xué)方法可以對微觀粒子的運(yùn)動進(jìn)行分析，如果以Δx表示粒子的位置的不確定量，用Δp表示粒子在x方向上的動量的不確定量，可以得出： ，式中的h是普朗克常量，這就是著名的不確定關(guān)系。規(guī)律方法指導(dǎo)1、發(fā)生光電效應(yīng)的幾個特點(diǎn).從光照到放出電子幾乎是同時的，與照射光強(qiáng)度及頻率無關(guān)。.金屬表面每吸收一個光子就釋放一個電子。00頻率條. ≥ （ 為極限頻率，逸出功h 0。002、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律中，有兩個關(guān)系光電效應(yīng)的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大；光電流的強(qiáng)度跟入射光強(qiáng)度成正比。注意第一個關(guān)系中并不是成正比，而第二個關(guān)系是成正比，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ,對于某一金屬而言，逸出功W是一定的，普朗克恒量h是一常數(shù)，故從上式可以看出，最大初動能與放射光頻率是成一更加清楚的邏輯推理見下圖：入射光的強(qiáng)度可理解為在單位時間內(nèi)單位面積上所受的光子總能量，設(shè)入射光頻率為 ，則，其中主要的量是入射光子的數(shù)目。3、光既有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動性；個別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。頻率越低，波長越長的光，波動性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著?？梢园压獾牟▌有钥醋鍪潜砻鞔罅抗庾舆\(yùn)動規(guī)律的一種概率波。原子物理與核物理復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、了解玻爾原子理論及原子的核式結(jié)構(gòu)。2、了解氫原子的能級，了解光的發(fā)射與吸收機(jī)理。3、了解天然放射現(xiàn)象，熟悉三種天然放射線的特性。4、了解核的組成，掌握核的衰變規(guī)律，理解半衰期概念，掌握核反應(yīng)過程中的兩個守恒定律。5、了解同位素及放射性同位素的性質(zhì)和作用，了解典型的核的人工轉(zhuǎn)變。6、了解愛因斯坦質(zhì)能方程，會利用核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算核能。7、了解核裂變與核聚變。第一模塊：原子的核式結(jié)構(gòu)、波爾的原子模型1、關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)（英國物理學(xué)家盧瑟福完成，稱做十大美麗實(shí)驗(yàn)之一）粒子散射實(shí)驗(yàn)的目的、設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)思想。①目的：通過粒子散射的情況獲取關(guān)于原子結(jié)構(gòu)方面的信息。子，通過轟擊前后粒子運(yùn)動情況的對比，來了解金原子的結(jié)構(gòu)情況。放射源 金箔 熒光屏顯微鏡AD BC③設(shè)計(jì)思想：與某一個金原子發(fā)生作用前后的a粒子運(yùn)動情況的差異，必然帶有該金原子結(jié)構(gòu)特征的烙印。搞清這一設(shè)計(jì)思想，就不難理解盧瑟福為什么選擇了金箔做靶子（粒子在穿過金箔過程中盡可能只與某一個金原子發(fā)生作用（避免氣體分子對粒子的運(yùn)動產(chǎn)生影響粒子散射現(xiàn)象①絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；③極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)角度超過90有的甚至幾乎達(dá)到180。（3）a粒子散射的簡單解釋。①由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粒子的質(zhì)量（電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的１／7300，即使粒子碰到電子，其運(yùn)動因?yàn)樵又谐娮油獾膸д姷奈镔|(zhì)的作用而引起的；②使粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆生的原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均均分布更不可能把粒子反向彈回，這與粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相矛盾，從而否定了湯姆生的原子模型。粒子絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90明了原子中絕大部分是空的，帶正電的物質(zhì)只能集中在一個很少的體積內(nèi)（原子核。其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（粒子來說散射情況應(yīng)該是一樣的，而“絕大多數(shù)”“少數(shù)”和“極少數(shù)”粒子的行為的差異，充分地說明這部分帶正電的物質(zhì)只能高度地集中在在一個很小的10-14m。2、原子的核式結(jié)構(gòu)核式結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容：1010m1015m。①在原子的中心有一個很小的原子核，②原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核里，③帶負(fù)電的電子在核外空間里旋轉(zhuǎn)。核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)核式結(jié)構(gòu)的提出，是建立在aa得不對原子的結(jié)構(gòu)問題得出核式結(jié)構(gòu)的理論。3、玻爾原子模型——三條假設(shè)“”射電磁波，這樣的相對穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。定態(tài)假設(shè)實(shí)際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍：原子中電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不受該理論的制約?！啊保弘娮永@核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不輻射電磁波，但電子在兩個不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時，卻要輻射（吸收）電磁波（光子，其頻率由兩個定態(tài)的能量差值決定hv=E-E。2 1躍遷假設(shè)對發(fā)光（吸光）從微觀（原子等級）上給出了解釋?！保涸拥牟煌芰繝顟B(tài)跟電子沿不同半徑繞核運(yùn)動相對應(yīng)。軌道半徑也是不連續(xù)的。4、氫原子能級及氫光譜氫原子能級氫原子的能級：原子各個定態(tài)的能量值叫做原子的能級。氫原子的能級公式為E n

E1，對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系式n2為：rn

n2r1

，其中n 叫量子數(shù)，只能取正整數(shù)。n =1 的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子基態(tài)的能量值E 13.6eV,r1

0.531010mn越大，動能越小，勢能越大，總能量越大。①能級公式：En

1E(En2 1

13.6eV)②半徑公式：rn

n2r(r1

0.53A)氫光譜n=1n=2躍進(jìn)遷發(fā)光形成馬爾末線向n=3向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系，其中只有4條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。5、光子的吸收與發(fā)射終原子從一種定態(tài)（能量為E ，躍遷到另一種定態(tài)（能量E ，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由終初這兩種定態(tài)的能級差決定：即hE初

E 。若E＞E終 初

，則輻射光子；若E＜E初 終

，則吸收光子。能級躍遷：大于或等于兩個定態(tài)的能級差。電離：不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級差就可以使其電離。第二模塊：天然放射現(xiàn)象『夯實(shí)基礎(chǔ)知識』1、天然放射現(xiàn)象82地放出射線（83的元素也具有放射性。元素的這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。2、放射線的種類和特征12將放射性物質(zhì)放出的射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如射入磁場中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等αγ射線，將它們的特征列表對比如下：123 射線射線a射線射線射線物質(zhì)微粒4He2電子0e1光子帶電情況帶正電（2e）帶負(fù)電（-e）不帶電速度約為101c接近c(diǎn)c（空氣中 （穿透中（穿透幾毫貫穿本領(lǐng)飛行幾厘 幾厘米鋁板）米） 鉛板）α粒子或βα粒子或β（β粒子是電子流，而原子核內(nèi)不可能有電子存在，放出后就變成新的原子核，這種變化稱為原子核的衰變。3、天然衰變中核的變化規(guī)律在核的天然衰變中，核變化的最基本的規(guī)律是質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒（遵循質(zhì)量數(shù)守恒）①aa衰變，新核在元素周期表中位置向后移2子結(jié)合成一整體射出

MXM4Y4He22個中Z Z2 2衰變：隨著1

MX

MY

0e。實(shí)質(zhì)是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子。

Z Z③a衰變或衰變進(jìn)行的。4、關(guān)于半衰期的幾個問題放射性元素衰變的快慢用半衰期來表示，定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間。意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度。特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。公式表示

N (1)t/Tm (1)t/T式中N

分別表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，余 原2 余 原2 原 原N 、m 分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量表示衰變時間表示半衰期。余 余（大．． 00量）個放射性元素的核，經(jīng)過一個半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過一個半衰期T4T2（大量）011tN

T而對于少量的核（如4個，是無法確定其衰變所需要的時間的。這實(shí)質(zhì)上02就是“半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度”的含義。第三模塊：核反應(yīng)核能『夯實(shí)基礎(chǔ)知識』1、核反應(yīng)原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。程的一般形式為AXxA'Yy,Z Z'AXA'Y是放射出的粒子的符號。Z Z'2、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變就是一種核反應(yīng)。和衰變過程一樣，在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)都守恒。例如歷史上首先發(fā)現(xiàn)質(zhì)子1H和中子1n的核反應(yīng)方程分別為:1