高考物理一轮复习：选修3-4选修3-5知识清单学案.docx

选修3-4部分第十五章：机械振动与机械波一、简谐运动1.定义：如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动.2.平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置（弹簧振子系统中a=0;单摆中a0）.3.回复力(1)定义：使物体在平衡位置附近做往复运动的力.(2)方向：总是指向平衡位置.(3)来源：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力.4.弹簧振子运动特征受力特征回复力Fkx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反运动特征靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征振幅越大，能量越大.在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为对称性特征关于平衡位置O对称的两点，加速度的大小、速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等二、简谐运动的图象1.物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为正弦(或余弦)曲线.2.简谐运动的图象(1)从平衡位置开始计时，把开始运动的方向规定为正方向，函数表达式为xAsin_t，图象如图甲所示.(2)从正的最大位移处开始计时，函数表达式为xAcos_t，图象如图乙所示.3.从图象可获取的信息(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位0.(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移.(3)某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定.(4)某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同.(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况.4.简谐运动的对称性 (1)相隔t(n)T(n0,1,2)的两个时刻，弹簧振子的位置关于平衡位置对称，位移等大反向(或都为零)，速度等大反向(或都为零)，加速度等大反向(或都为零).(2)相隔tnT(n1,2,3)的两个时刻，弹簧振子在同一位置，位移、速度和加速度都相同.三、单摆1.定义：如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置叫作单摆.2.视为简谐运动的条件：<5°.3.回复力：（由摆球重力在沿切向方向的分力产生）FG2Gsin .4.周期公式：T2.(1)l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离.(2)g为当地重力加速度.5.单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子(小球)质量无关.6.单摆的受力特征(1)回复力：摆球重力沿与摆线垂直方向的分力，F回mgsin xkx，负号表示回复力F回与位移x的方向相反.(2)向心力：摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当向心力，F向FTmgcos .(3)两点说明当摆球在最高点时，F向0，FTmgcos .当摆球在最低点时，F向，F向最大，FTmgm.7.秒表读数031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314四、受迫振动和共振1.受迫振动(1)概念：系统在驱动力作用下的振动.(2)振动特征：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关.2.共振(1)概念：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅最大的现象.(2)共振的条件：驱动力的频率等于固有频率.(3)共振的特征：共振时振幅最大（能量最大）.(4)共振曲线.ff0时，AAm，f与f0差别越大，物体做受迫振动的振幅越小.3.简谐运动、受迫振动和共振的比较振动项目简谐运动受迫振动共振受力情况受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定，即TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0振动能量振动系统的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(5°)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等五、机械波与波的图象1.机械波(1)机械波的形成条件有发生机械振动的波源.有传播介质，如空气、水等.(2)传播特点机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移.波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同.介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同.波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，vf.2.波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移.(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移.(3)图象3.波长、波速、频率及其关系(1)波长：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离.(2)波速v：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定.(3)频率f：由波源决定，等于波源的振动频率.(4)波长、波速和频率的关系：vf.4.波的周期性(1)质点振动nT(n0,1,2,3，)时，波形不变.(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为n(n1,2,3，)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3，)时，它们的振动步调总相反.5.波的传播方向与质点振动方向的互判“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向6.振动图象和波的图象的比较比较项目振动图象波的图象研究对象一个质点波传播方向上的所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点在空间分布的规律图象正(余)弦曲线正(余)弦曲线横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动方向的判断(看下一时刻的位移)(将波沿传播方向平移)t后的图形随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化联系(1)纵坐标均表示质点的位移(2)纵坐标的最大值均表示振幅(3)波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，每一个质点都有自己的振动图象7. 波传播的周期性与多解性问题造成波动问题多解的主要因素(1)周期性时间周期性：时间间隔t与周期T的关系不明确.空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确.(2)双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定.振动方向双向性：质点振动方向不确定.8.波的干涉、衍射和多普勒效应（1）波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法公式法：某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差r.（）当两波源振动步调一致时.若rn(n0,1,2，)，则振动加强；若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动减弱.（）当两波源振动步调相反时.若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动加强；若rn(n0,1,2，)，则振动减弱.图象法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间.说明：对于两列等幅相干波，振动加强点的振幅不是始终最大，而是在二倍振幅的范围内振动，其位移可以为零；减弱点的振幅始终为零。（2）多普勒效应的成因分析接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数.当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小.第十六章：光、电磁波一、 光的折射1、折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比.(2)表达式：n12(n12为比例常数).2.折射率(1)定义式：n.(2)计算公式：n，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1.（3）对折射率的理解折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v.折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关.（）同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小.（）同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.3.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射.4.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向二、全反射1.光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲n乙，则甲相对乙是光密介质若n甲n乙，则甲相对乙是光疏介质2.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象.(2)条件：光从光密介质射向光疏介质.入射角大于或等于临界角.(3)临界角：折射角等于90°时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n，得sin C.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.3.光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射三、光的干涉现象1.光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.2.双缝干涉(1)条纹间距：x，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.(2)明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差为rr2r1.当rk(k0,1,2)时，光屏上P处出现明条纹.当r(2k1)(k0,1,2)时，光屏上P处出现暗条纹.3.薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA和后表面BB分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差r，等于薄膜厚度的2倍.在P1、P2处，rn(n1,2,3)，薄膜上出现明条纹.在Q处，r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹.四、光的衍射和偏振现象1.光的衍射发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显.2.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光.(3)偏振光的形成让自然光通过偏振片形成偏振光.让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.(5)光的偏振现象说明光是一种横波.3.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹4.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.五、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速).(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.(4)vf，f是电磁波的频率.3.电磁波的发射与接收(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频).(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.4.电磁波谱按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线.5.对麦克斯韦电磁场理论的理解6.电磁波与机械波的比较 名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生传播介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)波的种类横波既有横波也有纵波速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光速(c3×108 m/s)仅由介质决定能量都能携带能量并传播能量速度公式vf遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象选修3-5部分第十七章：波粒二象性一、能量量子化1.黑体与黑体辐射（1）.黑体：是指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（2）.热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关（3）.黑体辐射的实验规律.一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增强；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动2.能量子（1）.定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值叫做能量子能量子大小h，其中是电滋波的频率，h称为普朗克常量一般取h6.63×1034J·s（2）.能量的量子化：在微观世界中微观粒子的能量是不连续的，或者说微观粒子的能量是量子化的这种现象叫能量的量子化二、光的粒子性1.光电效应的实验规律实验规律之一，存在着饱和电流（受光照强度和频率的影响）；实验规律之二，存在着遏止电压（由光的频率和材料共同决定）和截止频率（由材料决定），不同频率的光照射金属产生光电效应，遏止电压不同；实验规律之三，光电效应具有瞬时性。2.爱因斯坦的光电效应方程:（最大初动能由频率和材料决定）3.光电效应中的四种重要图像图像名称图线形状读取信息颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：横轴截距饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2最大初动能Ek与入射光频率的关系图线截止频率(极限频率) 横轴截距逸出功：纵轴截距的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：横轴截距遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke。4康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分，这个现象称为康普顿效应5.光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子还具有动量，两种效应深入地揭示了光的粒子性的一面6.光子的动量p.在康普顿效应中，由于入射光子与晶体中电子的碰撞，光子的动量减小，因此波长变长7.对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉、衍射和偏振光电效应、康普顿效应表现光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述大量的光子在传播时，表现出光的波动性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质少量或个别光子容易显示出光的粒子性说明光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观观念的波粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的光子不同于宏观观念的粒子和谐统一光子说并未否定波动说。波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。三、粒子的波动性1.德布罗意波：任何一个运动的物体，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波物质波的波长、频率关系式：，.2.物质波的实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的关系同样正确宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性四、概率波、不确定关系1.概率波：光波是一种概率波，光子的行为服从统计规律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概率波的实质是指粒子在空间的分布规律是受波动规律支配的对于电子和其他微粒，由于同样具有波粒二象性，所以它们的物质波也是概率波3不确定性关系：在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。我们把这种关系叫不确定关系用x表示粒子位置的不确定量，用p表示粒子在x方向上的动量的不确定量，那么可表示为xp，这就是著名的不确定性关系第十八章：原子结构一、电子的发现1.电子的发现：1897年，汤姆孙根据阴极射线（能使荧光物质发光）在电场和磁场中的偏转情况断定,它的本质是带负的粒子流并求出了这种粒子的比荷。组成阴极射线的粒子被称为电子。2.电子发现的意义：人们发现了各种物质里都有电子,说明电子是原子的组成部分，原子是有结构的。3.卢瑟福粒子散射实验实验现象：绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,有的几乎达到180°，沿原路返回。4.卢瑟福的核式结构模型：卢瑟福依据粒子散射实验的结果,提出了原子的核式结构:在原子中心有一个体积很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。 二、氢原子光谱1.光谱的分类（1）发射光谱:发光物质直接产生的光谱。它又可分为线状光谱(明线光谱)和连续光谱明线光谱:只含有一些不连续的亮线的光谱.它是由游离状态的原子发射的,因此,也叫原子光谱。稀薄气体或金属的蒸气的原子处于游离状态,其发射光谱是明线光谱实验证明,每种元素的原子发光的频率不同,所发光的明线位置不同, 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。因此,每种原子都有自己的特征谱线。连续光谱:由连续分布的光带组成的光谱。炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续光谱。连续光谱是由物质的分子发射的。（2）吸收光谱:高温物体发出的白光,通过温度较低的物质蒸气,部分频率的光被吸收,结果在连续光谱的背景上出现波长不连续的暗线。（太阳光谱是吸收光谱）光谱分析法：若将某种元素的吸收光谱和线状光谱比较可以发现: 各种原子吸收光谱的暗线和线状光谱的亮线相对应.即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的,只是通常在吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些。（太阳发出的光经过太阳大气层后会被太阳大气层中的某些原子吸收，进而分析太阳的吸收光谱可知太阳大气层的物质组成。）2.氢原子的光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱。（1） 原子发光的实质：处于激发态的原子向低能级状态跃迁时以发光的形式释放能量。（2） 氢原子能级图：量子数n越大，能量值越小，相邻的能级差越小3.两类能级跃迁（1）自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子。光子的频率.（2）受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hE.碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外E.大于电离能的光子被吸收，将原子电离（3） 跃迁和电离的区别:（4）  跃迁:跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道,即不能脱离原子核的束缚。跃迁时不管是吸收还是辐射光子,其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差。（5）  电离:将电子从基态激发到脱离原子的过程叫作电离。原子一旦电离,原子结构被破坏,而不再遵守有关原子结构理论。不论原子处于什么状态，只要入射光子的能量大于该状态的电离所需要的能量就可使之电离。4.谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数，式中n为氢原子所处的量子数。巴耳末公式：1885年,巴耳末首先将氢原子光谱线的波长倒数用下列的经验公式来表示:   式中，称为里德伯常量。         由公式可看出,n只能取整数,不能连续取值,波长也只能是分立的值。    在氢原子光谱中谱线波长的倒数可以表示为两光谱项之差和氢原子一样,其他原子谱线的波长的倒数也可以表示为两个光谱项之差,所不同的是它们的光谱项的形式要复杂得多。三、玻尔的原子模型1.玻尔理论的三个基本假设（1）能量状态量子化：原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的.电子虽然绕核旋转,但并不向外辐射能量,这些状态叫作定态, ，（2）原子跃迁假设：电子从一个定态轨道(能量为)跃迁到另一个定态轨道(能量为)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,这些光子的能量由这两个定态的能量差决定,即,这个式子被称为频率条件,又称为辐射条件。（3）轨道量子化：原子的不同能量状态对应于电子沿不同的圆形轨道运动。原子的定态是不连续的,因而电子的可能轨道是分立的。说明：玻尔理论成功地解释了氢原子的光谱规律,然而由于玻尔理论没有从根本上摒弃经典物理理论,因此玻尔理论也有其局限性,它不能解释其他复杂的原子光谱。2.氢原子的能量在氢原子中,电子围绕原子核运动,如将电子的运动轨道看作半径为的圆周,则原子核与电子之间的库仑力作为电子做匀速圆周运动所需的向心力,那么由库仑定律和牛顿第二定律,有   ,则电子运动速度 ；电子的动能  ；电子在半径为的轨道上所具有的电势能（无限远处为零）；原子的总能量就是电子的动能和电势能的代数和,即 由上述讨论可知:（1）某定态时,核外电子的动能总是等于该定态总能量的绝对值,原子系统的电势能总是等于该定态总能量值的两倍。（2）电子动能,随轨道半径的减小而增大,随的增大而减小(与也直接相关);系统电势能随轨道半径的增大而增大,随的减小而减小；原子的总能量也随轨道半径的增大而增大,随的减小而减小。（3）某定态能量,表明氢原子核外电子处于束缚态,欲使氢原子电离,外界必须对系统至少补充的能量,原子的能级越低,需要的电离能就越大，即原子越稳定。第十九章：原子核一、天然放射现象和三种射线1.天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象叫天然放射现象。由法国物理学家贝克勒尔最先发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。2.放射性和放射性元素：物质发射看不见的射线,这种性质被称为放射性,具有放射性的元素被称为放射性元素。研究发现,自然界中原子序数大于或等于83的元素,都能自发地放出射线；原子序数小于83的元素,有的也具有放射性。 3. 如果一种元素具有放射性,那么,无论它是以单质存在,还是以化合物形式存在,都具有放射性。放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子,这就说明身射线与这些电子无关,也就是说,射线来自原子核。4.三种射线的研究方法    把样品放在铅块的窄孔里,在孔的正对面放着照相底片,在没有电场时,发现在底片上正对孔的位置感光了。若在铅块和底片之间放一对电极或加上磁场,使电场方向或磁场方向跟射线方向垂直,结果在底片上有三个地方感光了,说明在电场或磁场作用下,射线分为三束,表明这些射线中有的带电，有的不带电,如图所示。从感光位置知道,带正电的射线偏转较小,是射线；带负电的射线偏转较大,是射线；不偏转的射线是射线。三种射线在电磁场中的判别方法：（1）不论在电场中还是在磁场中, 射线总是做匀速直线动,不发生偏转。（2）在匀强电场中, 粒子和粒子沿相反方向做类平抛较运动,且在同样的条件下, 粒子的偏转较大。（3）在匀强磁场中, 粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下, 粒子的轨道半径较小,偏转较大。5.三种射线的比较种类射线射线射线组成（本质）高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量0质量，静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光二、原子核的组成 1.质子的发现(1)1919年,卢瑟福用粒子轰击氮核,结果从氮核中打出了一种粒子,并测定了它的电荷量与质量,知道它是氢原子核,把它叫作质子(p),后来人们又从其他原子核中打出了质子,故确定质子是原子核的组成部分。(2)质子带正电荷,电荷量与一个电子所带电荷量相等,质子的质量。2.中子的发现(1)卢瑟福的预言:1920年卢瑟福提出猜想:原子核内除了质子外,还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子,并认为这种不带电的中性粒子是由电子进入质子后形成的。(2)查德威克验证了卢瑟福的预言,原子核中确实存在着中性的、质量几乎与质子相同的粒子,并把它叫作中子()。中子的质量为。3.原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的,质子带正电,中子不带电,不同的原子核内质子和中子的个数并不相同。(1)原子核中的三个整数核子数:质子和中子质量差别非常微小,二者统称为核子,所以质子数和中子数之和叫核子数。电荷数(Z):原子核所带的电荷总是质子所带电荷的整数倍,通常用这个整数表示原子核的电荷量,叫作原子核的电荷数。质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和,而质子与中子的质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个整数叫作原子核的质量数。(2)原子核中的两个等式核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数质量数(A)=核子数=质子数+中子数4.同位素：原子核的质子数(核电荷数)相同而质量数不同的元素互称为同位素。原子核的质子数决定了核外电子数,也决定了电子在核外的分布情况,进而决定了这种元素的化学性质,因而同位素具有相同的化学性质。三、核力1.概念：组成原子核的核子间的很强的相互作用力叫核力。核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核。2.特点：核力是短程力,只在约的极短距离内有核力的作用,超过这个距离核力就迅速减小到零。所以每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用。核力是很强的力,它足以克服质子间库仑斥力,使核子结合成原子核。核力与核子是否带电无关。质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。核力按力的分类上看,属于按性质分的力。四、放射性元素的衰变1原子核的衰变:原子核放出粒子或粒子(并不表明原子核内有粒子或粒子, 粒子是电子流,而原子核内不可能有电子存在)后变成新的原子核,这种变化称为原子核的衰变。2.衰变规律:原子核衰变时,前后的电荷数和质量数都守恒。(1)发生一次衰变核的质量数A减少4,电荷数Z减少2,在元素周期表中向前移2位,即(2)发生一次衰变核的质量数A不变,电荷数Z增加1,在元素周期表中向后移1位,即(3)放射性的原子核在发生衰变时，蕴藏在核内的能量会被释放出来,原子核释放出一个光子不会改变它的质量数和电荷数。原子核的能量也跟原子的能量一样,其变化是不连续的,也只能取一系列不连续的数值,因此也存在着能级,同样是能级越低越稳定。放射性的原子核在发生衰变、衰变时,蕴藏在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级（激发态）,这时它要向低能级跃迁,能量以光子的形式辐射出来。因此, 射线经常是伴随射线和射线产生的。3.要点理解:(1)核反应过程一般都不是可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接。(2)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。(3)当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随着射线的产生,这时可连续放出三种射线。4. 衰变、衰变规律的比较衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质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个电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒5.衰变次数的确定方法确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素经过次衰变和次衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程由以上两式联立解得，由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。6.两类核衰变在磁场中的径迹静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，衰变时两圆外切，衰变时两圆内切，根据动量守恒和知，半径小的为新核，半径大的为粒子或粒子，其特点对比如下表：衰变匀强磁场中轨迹两圆外切，粒子半径大衰变匀强磁场中轨迹两圆内切，粒子半径大7.原子核衰变问题的综合分析原子核衰变问题的综合分析,其实质是质量守恒定律、电荷守恒定律、动量守恒定律以及能的转化和守恒定律的综合应用。它可从几个方面分别进行分析。    设有一个质量为的原子核,原来处于静止状态当发生一次 (或)衰变后,释放的粒子的质量为,速度为,产生的反冲核的质量为,速度为,同时辐射出一个相等光子。(1)动量守恒关系：或(2) 在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为的匀强磁场时,将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等,所以轨道半径与电量成反比,即 当发生衰变时: ，当发生衰变时:运行周期的长短在同样的条件下,运行周期与粒子和反冲核的质荷比成正比,即 。径迹的特点粒子的轨道半径大,反冲核的轨道半径小。粒子与反冲核带同种电荷,圆轨道外切；粒子与反冲核带异种电荷,圆轨道内切；射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线。五、半衰期1.定义:放射性元素的原子核每衰变一半所需要的时间叫作半衰期说明：(1)半衰期是一种统计规律半衰期是大量放射性原子核所遵循的必然规律,至于个别原子核在什么时侯衰变,完全具有偶然性。(2)半衰期是放射性元素稳定性的标志不同元素的半衰期不同,半衰期越长,元素越稳定,寿命越长；反之,元素越不稳定,寿命越短。(3)半衰期是放射性元素固有的属性,决定于原子核的内部状态,而与所处的物理状态和化学状态无关。不论放射性元素质量的多少,所加温度和压强的高低,以及是否加电场和磁场,也不论放射性元素是处于游离状态还是化合状态,都不能改变其半衰期。2.公式: ，式中、表示衰变前的放射性元素的原子数和质量, 、表示衰变后尚未发生下一次衰变的放射性元素的原子数和质量，表示衰变时间，表示半衰期。3.半衰期的物理意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同。4.半衰期的应用：在地质和考古工作中,利用放射性衰变的半衰期来推断地层或古代文物年代。六、探测射线的方法探测射线的方法主要是利用射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知射线的存在,这些现象主要是:使气体电离;使照相底片感光;使荧光物质产生荧光科研中常用的探测射线的仪器:1.威耳逊云室(1)构造:主要部分是一个塑料或玻璃制成的圆柱状容器,它的下部是一个可以上下移动的活塞,上盖是透明的,可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹,