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高中物理选修公式 TPMK standardization office【TPMK5AB-TPMK08-TPMK2C-TPMK18】高中物理公式定理定律概念大全 选修 3-3 第七章 分子动理论 一、分子动理论的基本内容：分子理论是认识微观世界的基本理论，主要内容有三点。1、物质是由大量分子组成的。我们说物质是由大量分子组成的，原因是分子太小了。一般把分子看成球形，分子直径的数量级是1010米。1 摩尔的任何物质含有的微粒数都是6.021023个，这个常数叫做阿伏加德罗常数。记作：N6.0210 mol231 阿伏加德罗常数是连接宏观世界和微观世界的桥梁。已知宏观的摩尔质量 M和摩尔体积 V，通过常数 N 可以算出每个分子的质量和体积。每个分子的质量mMN 每个分子的体积vVN 根据上述内容我们不难理解一般物体中的分子数目都是大得惊人的，由此可知物质是由大量分子组成的。2、分子永不停息地做无规则运动。布朗运动间接地说明了分子永不停息地做无规则运动。布朗运动的产生原因：被液体分子或气体分子包围着的悬浮微粒（直径约为103mm，称为“布朗微粒”），任何时刻受到来自各个方向的液体或气体分 子的撞击作用不平衡，颗粒朝向撞击作用较强的方向运动，使微粒发生了无规则运动。应注意布朗运动并不是分子的运动，而是分子运动的一种表现。影响布朗运动明显程度的因素：固体颗粒越小，撞击它的液体分子数越少，这种不平衡越明显；固体颗粒越小，质量也小，运动状态易于改变，因此固体颗粒越小，布朗运动越显著。液体温度越高，布朗运动越激烈。热运动：分子的无规则运动与温度有关，因此分子的无规则运动又叫做热运动。3、分子间存在着相互作用的引力和斥力。分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。分子间相互作用的引力和斥力的大小都跟分子间的距离有关。当分子间的距离rr01010m 时，分子间的引力和斥力相等，分子间不显示作用力；当分子间距离从r0增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力小得快，分子间作用力表现为引力；当分子间距离从r0减小时，斥力、引力都增在大，但斥力增大得快，分子间作用力表现为斥力。分子力相互作用的距离很短，一般说来，当分子间距离超过它们直径10 倍以上，即r 109m 时，分子力已非常微弱，通常认为这时分子间已无相互作用。二、内能：1、分子的动能：由于组成任何物体的分子都是在不停地做无规则运动，因此，构成物体的每一个分子在任何时刻都具有动能。由于分子热运动的无规则性及分子间的频繁碰撞，任何一个分子的动能都是不断变化的。即使一个物体在稳定的状态下，构成物体的每个分子动能的大小也是不相等的。组成物体所有分子动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。平均动能的大小决定了物体所处的状态，分子平均动能大小的宏观标志是物体的温度。物体的温度越高，分子平均动能越大；反之，物体的温度越低，分子平均动能越小。分子无规则热运动的动能叫做分子的动能。一切分子都具有动能。温度是物体分子平均动能的标志。做无规则运动的每个分子都具有动能。但由于分子运动的无规则性，每个分子的动能都不相同，讨论每个分子的动能是无意义的。在研究热运动中，有意义的是讨论所有分子动能的平均值，即分子的平均动能。理论和实践均已证明，温度和分子的平均动能有确定的函数关系，因此温度是物体分子平均动能的标志。2、分子的势能：由于分子间存在着相互作用力，且分子间又有间隙，分子间的距离可变，这跟物体与地球间的关系相当。物体与地球间存在着相互作用力重力，物体与地球间有间隙高度，且距离可变。地球上的重物有势能由相互作用的物 体间相对位置决定的能，那么，分子间也存在着分子势能由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。因为分子间的相互作用力比较复杂既存在相互作用的引力又有相互作用的斥力，所以分子势能的规律也是复杂的。当分子间的距离为 r0（=10-10m）时，分子处于平衡态势能最低。因为分子间的距离 r大于 r0时分子间的合作用表现为引力，分子间的距离 r小于 r0时分子间的合作用表现为斥力，所以，当分子间距离 r大于 r0时，分子间距离越大分子势能越大，当分子间距离 r小于 r0时，分子间距离越小分子势能越大。综上所述，分子势能的大小与分子间的距离是密切相关的。宏观上看物体分子势能的变化可由物体的体积及物体所处的态（固态、液态、气态）决定。分子间存在着由相对位置决定的势能叫分子势能。分子间势能与分子间的距离的关系可用右图来表示。当分子间的距离大到 10r0时，分子间的作用力可认为零，定义比位置势能为零。分子间距离从10r0逐渐小，引力做正功，分子势能减小，到r0时，分子间势能减小到最小。当分子间距离从r0继续减小时，斥力做负功，即要克服斥力做功，分子间势能增加。分子势能与体积有关。3、物体的内能：定义：构成物体所有分子动能与势能的总和，叫物体的内能。显然，物体内能的多少与各分子动能的大小有关，与分子的势能大小有关，与分子的总量有关。宏观上看，物体内能的多少由物体的温度、物体的体积（及所处的态）和物体所包含的分子数决定，即由三个参量决定。比较两个物体所含内能多少时，目前我们只能讨论相同物质构成的物体。在比较相同物质构成的物体内能时，一定要抓住两者三个参量中的相同因素。如：1kg的 15的水与 1kg 的 25的水相比，因为分子数相同，分子势能相同，前者分子平均动能小，所以后者的内能多。1kg的 15的水与 2kg 的 15的水相比，因为分子势能相同，分子的平均动相同，而后者所含分子数多，所以后者的内能多。1kg的 0的冰与 1kg 的 0的水相比，因为分子数相同，分子的平均动相同，前者分子势能比后者小，所以后者的内能多。以上比较中它们只有一个参量不同，若有两个或两个以上参量不同时，问题就要复杂的多了。如：1kg的 15的水与 2kg 的 25的水相比，因为，两者分子势能相同，而分子的平均动能和分子数后者都大于前者，后者所含的内能多是可以确定的。1kg的 0的冰与 2kg 的 0的水相比，因为，两者分子动能相同，而分子的势能和分子数后者都大于前者，后者所含的内能多也是可以确定的。1kg的 0的冰与 1kg 的 25的水相比，因为，两者分子数相同，而分子的平均动能和分子势能后者都大于前者，所以，后者所含的内能多也是位移确定的。当然，若 1kg的 0的冰与 2kg的 25的水相比，因为，物体所含的分子数、分子的平均动能和分子势能后者都大于前者，也是好比较的。但是，在三个参量中有两个相对的不同，在我们不具有定量计算公式的情况下，则不好比较。如：2kg的 0的冰与 1kg 的 15的水相比，因为，前者分子势能和分子的平均动能都小于后者，而分子数后者却大于前者，具体两者的内能哪个偏大则无法确定。几个需要说明的问题：分子势能的大小跟其它势能一样也是相对的。若选分子间的距离无限大时分子势能为零，那么，分子间的距离为r0时，分子势能不但最小且是负的最大值。物体分子动能、分子势能的大小与物体运动的动能和物体重力势能的大小无关。这两者一个是微观的能量一个是宏观的能量，自身并没有必然的联系。你把一块冰举得再高，且让它具有较大的速度，它的机械能可能很大，但它的内能并没有变。物体的内能发生变化时，可能仅是物体分子动能发生变化，也可能仅是物体分子势能发生变化，当然可能是分子的动能和势能都发生了变化。三、热和功：通过做功可以改变物体的内能。大家知道摩擦生热的道理，我们把两块冰放在一起互相摩擦对冰做功，过一会冰可以变成水，使原来两块冰的内能（分子势能）增加；给自行车的车胎充气时，人通过气筒压缩气体对气体做功，我们会发现气体的温度升高（使气筒变热），使原来的空气内能（主要是分子的动能）增加。我们也可以举出一些例子说明通过做功不但使物体分子的动能增加还会使物体分子势能增加。总之，外界对物体做功可以使物体的内能增加。四冲程内燃机工作时，“做功冲程”是高温、高压气体膨胀推动活塞运动对外做功，其特点是气体温度降低（气体分子平均动能减少），气体内能减少。你知道电冰箱能够制冷的基本原理是什么吗？先通过压缩机把致冷剂压缩，在让被压缩的致冷剂在冰箱内的蒸发器中迅速蒸发膨胀对外做功，对外做功的同时致冷剂温度迅速下降。这两个例子说明，物体对外做功（或称外界对物体做负功）时，物体的内能会减少。综上所述，通过做功的方式可以改变物体的内能。要能理解好这个结论，同学们还要多思考，多注意周围所见的能证明这个结论的实例。热传递可以改变物体的内能。用烧热了的电烙铁与焊锡接触，过一段时间焊锡就会熔化。像这样把存在温差的两个物体放在一起，温度较高的物体过一段时间温度会下降，而温度较低的物体过一段时间温度会升高。说明在这个过程中温度较高的物体把一部分内能传递给温度较低的物体（有时把这个过程叙述为温度较高的物体把一部分热量传递给温度较低的物体），结果使两个物体的温差逐渐减小。这个吸热和放热的过程叫做热传递，能发生热传递的条件是两个物体必须存在温差。一个物体吸热内能增加；放热内能减小。关于物体内能的变化。应该指出的是，做功和热传递的本质是完全不同的。大家知道“功是能量转换多少的量度。”那么，通过做功改变物体内能时，一定存在着内能与其它形式能之间的转化；热传递是内能在物体间转移，能量的形式并没有发生改变。由上述分析可知：改变物体内能有两种方式，即做功和热传递。做功和热传递在改变物体内能的问题上是完全等效的，并不能由物体内能变化的情况来 判定是做功的结果还是热传递的表现。物体内能发生变化也可能是既有做功又有热传递，从能的转化和守恒定律来分析自然可以得到这样的结论：外界对物体所做的功（W）与物体从外界吸收的热量（Q）之和等于物体内能的增量（E）这就是热力学第一定律。热力学第一定律的表达式为：E=W+Q 1、改变内能的两种方式：做功和热传递都可以改变物体的内能。2、做功和热传递的本质区别：做功和热传递在改变物体内能上是等效的。但二者本质上有差别。做功是把其他形式的能转化为内能。而热传递是把内能从一个物体转移到另一个物体上。3、功、热量、内能改变量的关系热力学第一定律。内容：在系统状态变化过程中，它的内能的改变量等于这个过程中所做功和所传递热量的总和。实质：是能量转化和守恒定律在热学中的体现。表达式：EWQ 为了区别不同情况，对E、W、Q做如下符号规定：E 0 表示内能增加 E 0 表示系统吸热 Q 0 表示外界对系统做功 W T1。温度越高，等温线离原点越远。如果采用 P-V1坐标轴，不同温度下的等温线是过原点的斜率不同的直线。（如图2）等温变化过程是吸放热过程 气体分子间距离约为 10-9m，分子间相互作用力极小，分子间势能趋于零，可以为分子的内能仅由分子的动能确定。温度不变，气体的内能不变，即E=0。气体对外做功时，据热力学第一定律可知，E=0，W0，气体从外界吸热，气体等温压缩时，Q0，气体放热。所以，等温过程是个吸热或放热的过程。玻意耳定律的微观解释 一定质量的气体，分子总数不变。在等温变化过程中，气体分子的平均支能不变，气体分子碰撞器壁的平均冲量不变。气体体积增大几倍，气体单位体积内分子总数减小为原来的n1，单位时间内碰撞单位面积上的分子总数也减小为原来的n1，当压强减小时，结果相反。所以，对于一定质量的气体，温度不变时，压强和体积成反比。玻意耳定律的适用条件 玻意耳定律是用真实气体通过实验得出的规律。因此这个规律只能在气体压强不太大，温度不太低的条件下适用。（2）气体的等容变化查理定律 内容 A：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低）1，它的压强的增加（或减少）量等于在0时压强的2731。B：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比。表达式：A：27300PtPPt 或)2731(0tPPt P0-0时一定质量的压强（不是大气压）Pt-t时一定质量的压强（不是大气压）B：2121TTPP 图象：A：P-t 图，以直角坐标系的横轴表示气体的摄氏温度 t，纵轴表示气体的压强 P，据查理定律表达式)2731(0tPPt可知一定质量气体在体积不变情况下，P-t 图上等容图线是一条斜直线。与纵轴交点坐标表示0时压强。等容线延长线通过横坐标-273点。等容线的斜率与体积有关，V 大，斜率小。B：P-T 图，在直角坐标系中，用横轴表示气体的热力学温度，纵轴表示气体的压强，P-T 图中的等容线是一条延长线过原点的倾斜直线。斜率与体积有关，体积越大，斜率越小。（由于气体温度降低到一定程度时，已不再遵守气体查理定律，甚至气体已液化，所以用一段虚线表示。）查理定律的微观解释 一定质量的气体，分子总数不变，在等容变化中，单位体积内分子数不变。在气体温度升高时，气体分子的平均动能增大，碰撞器壁的平均冲量增大，气体的压强随温度升高而增大。反之，温度降低时，气体的压强减小。查理定律适用条件 查理定理在气体的温度不太低，压强不太大的条件下适用。（3）等压变化过程盖吕萨克定律 内容 A：一定质量的气体，在压强不变的条件下，温度每升高（或降低）1，它的体积的增加（或减少）量等于 0时体积的2731。B：一定质量的气体，在压强不变的条件下，它的体积跟热力学温度成正比。表达式：A：)2731(0tVVt B：2121TTVV 图象：在直角坐标系中，横轴分别表示摄氏温标，热力学温标；纵轴表示气体的体积，一定质量气体的等压图线分别是图5，图 6，如果进行两次等压变化，由图可看出温度相同时，P2对应体积大于P1对应体积，所以P2P1 盖吕萨克定律的微观解释 一定质量的气体，气体的分子总数不变，当它温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强要增大。这时使气体的体积适当增大，使单位体积内分子数减小，在单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减小，气体压强就可以保持不变。盖吕萨克定律的适应范围：压强不太大，温度不太低的条件下适用。5、理想气体的状态方程：（1）理想气体：能够严格遵守气体实验定律的气体，称为理想气体。理想气体是一种理想化模型。实际中的气体在压强不太大，温度不太低的情况下，均可视为理想气体。（2）理想气体的状态方程：CTPVTVPTVP或222111 一定质量的理想气体的状态发生变化时，它的压强和体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。即此值为恒量。6、克拉珀龙方程 由气态方程可知TPV恒量，对于1 摩尔理想气体取T=273K时，可计算此恒量 R=8.31J/mol，R 叫做普适气体恒量。对于任意质量 M 的理想气体，其摩尔数为 n=uM（M-质量，u-摩尔质量）因而有TPVuMR，此方程叫克拉珀龙方程。第九章 物态变化 第十章 热力学定律 选修 3-4 第十一章 机械振动 第十二章 机械波 第十三章 光（1、几何光学）光的反射 1、反射定律abc)反射光线与入射光线和法线在同一平面内反射光线和入射光线分层法线两侧反射角等于入射角 2、镜面反射和漫反射都遵守反射定律 3、反射定律的应用 （1）平面镜对光线的作用不改变入射光的性质控制光路 不改变入射光的性质：（见图二）（图二）控制光路：a：平面镜转过角，其反射光线转过2角（见图三）b：互相垂直的两平面镜，可使光线平行反向射光（见图四）c：光线射到相互平行的两平面镜上，出射光线与入射光线平行（见图五）（2）平面镜成像 像的形成:如图所示,光源“S”发出的光线,经平面镜反射后,反射光线的反向沿长线全部交于“S”,即反射光线好像都从点“S”。（见图六）平面镜成像作用 a.已知点源 S,作图确定像 S的位置（见图七）方法:根据反射定律作出两条入射光线的反射光线,反射光线的反向沿长线的交点即 像 S b.已知光源 S位置,作图确定能经平面镜观察到（见图八）S 的像 S,眼睛所在的范围 方法:根据成像规律找到 S 光线好象从 S射出 c 已知眼睛上的位置,作图确定眼睛经平面镜所能观察到的范围.方法一:根据反射定律作用（见图九）方法二:光线“好象”直接入射眼睛的像 E(见图十)平面镜成像规律：正立、等大、虚像、像与物关于平面镜对称 光的折射：（一）、折射定律：1、折射现象：光从一种介质，斜射入另一种介质的界面时，其中一部分光进另一种介质中传播，并且改变了传播方向：这种现象叫折射观察（光由一种介质，垂直界面方向入射另一种介质时传播方向不发生改变）。2、折射定律：内容折射光线跟入射光线和法线在同一平面上。折射光线跟入射光线分居法线两侧。入射角正弦和折射角正弦之比等于常数。即常数sinsinir 3、折射率（n）：定义：光从真空射入某介质时，入射角正弦和折射角正弦的比，称为该介质的折射率。用 n 表示。即nirsinsin 折射率反映了介质对光的折射能力。如图光从真空以相同的入射角 i，入射不同介质时，n 越大，根据折射定律，折射角 r 越小，则偏折角越大。折射率和光在该介质中传播速度有关。a折射率等于光在真空中速度 c，与光在介质中速度v之比。即ncv b由于cv。所以n 1 光疏介质和光密介质：光疏介质：折射率小的介质叫光疏介质。在光疏介质中，光速较大。光密介质：折射率大的介质叫光密介质在光密介质中，光速较小。4、反射和抑射现象中，光路可逆。（二）全反射：1、全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，当入射角增大到某一角度时，折射光消失，只剩下反射光，光全部被反射回光密介质中，这种现象叫全反射。增大入射角时，不但折射角和反射角增大，光的强度也在变化，即折射光越来越弱；反射光越来越强；全反射时，入射光能量全部反射回到原来的介质中。2、临界角（A）：定义：当光从某种介质射向真空时，折射角度为 90时的入射角叫做临界角。用 A表示。根据折射定律：sin An1 3、发生全反射的条件：光从光密介质入射光疏介质。入射角大于临界角。（三）棱镜：1、棱镜的色散：（1）棱镜对一束单色兴的作用：一束光从空气，射向棱镜的一侧面时，经过两次折射，出射光相对入射光方向偏折角，出射光偏向底边。（2）棱镜对白光的色散作用：a现象：白光通过三棱镜后被分解成不同的色光。并按顺序排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这种现象称色散现象。b说明：白光是复色光，由不同颜色 的单色光组成。各种色光的偏折角度不同，所 以介质对不同色光的折射率 不同。由于ncv所以各种色 光在同一介质中的传播速度不同。如图对红光偏折角最小；对红光折射率最小；红光在玻璃中传播速度最大。对紫光偏折角最大；对紫光折射率最大；紫光在玻璃中传播速度最小。2、全反射棱镜：全反射棱镜，为横截面是等腰直角三角形的棱镜它可以将光全部反射，常用来控制光路。（四）、透镜：1、透镜：是利用光的折射控制光路和成像的光学器材。透镜：是两个表面分别为球面（或一面为球面，另一面为平面）的透明体。凸透镜：中间厚边缘薄的透镜。凹透镜：中间薄边缘厚的透镜。透镜的光心、主轴、焦点和焦距的概念（略）。本节研究的内容适用薄透镜、近轴光线。2、透镜对光线的作用 凸透镜：对光线有会聚作用。凹透镜：对光线有发散作用。注意理解：透镜对光线的作用，是通过两次折射来实现的。从凸透镜射出的光线不一定是会聚光束。从凹透镜射出的光线也不一定是发散光束。3、透镜成像规律：（1）规律：透镜 物的位置 像的位置 像的性质 像的下倒 像的大小 u 异侧vf 实像点 凸 uf2 异侧2 fvf 实像 倒立 缩小 透 uf 2 异侧vf 2 实像 倒立 等大 镜 2 fuf 异侧vf 2 实像 倒立 放大 uf 不 成 像 uf 同侧vu 虚像 正立 放大 凹 透 镜 u0 同侧vuvf且 虚像 正立 缩小 （2）实像和虚像比较：实像 虚像 形成 由射出光学元件的光线实际会聚而成 由射出光学元件的光线的反向沿长线会聚而成 观察 可成在光屏上，也可用眼睛直接看 只能用眼睛直接看不能成在光屏上 4、透镜成像公式：（1）公式：111uvf 符号：物距u：取“+”。像距 v：实像取“+”；虚像取“”。焦距 f：凸透镜取“+”；凹透镜取“”。（2）放大率（m）：mLLvu像物 5、透镜成像光路作图。（1）三条基本光线。a 平行主轴的光线，经透镜折射后，出射光线过焦点。b过焦点的光线，经透镜折射后平行主轴。c过光心的光线，经透镜后不改变方向。第十三章（2、光的波动性）一、光的波动性 1、光的干涉 （1）双缝干涉实验 装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏 双缝的作用是将一束光分为两束 现象：产生明暗条纹的条件：如图两列完全相同的光波,射到屏上一点时,到两缝的路程差等于波长的整数倍(即半波长的偶数倍),则该点产生明条纹;到两缝的路程差等于半波长的奇数倍,则该点产生暗条纹。即S=22偶数为明条纹奇数为暗条纹PP 光的干涉现象说明了光具有波动性。由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小 紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。a）v与 n的关系：v=cn b）v,和 f 的关系：v=f （3）薄膜干涉 现象：单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹 白色光照射薄膜，出现彩色条纹 实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色 发生干涉的原因：是由于前表面的反射光线和反表面的反射光线叠加而成(图 1)应用：a)利用空气膜的干涉，检验工作是否平整（图 2）（图 1）（图 2）若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲 若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为 b)增透膜 2、光的衍射 （1）现象：单缝衍射 a)单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮 条纹较窄、较暗 b)白光入射单缝时，出现彩色条纹 园孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹 泊松亮斑 光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑 （2）光发生衍射的条件 障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显 的衍射现象 3、光的电磁说 （1）麦克斯伟计算出电磁波传播速度与光速相同，说明光具有电磁本质 （2）电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线 组成频率波 增大 减小 产生机理 在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生 原子的外层电子受到激发产生的 原子的内层电子受到激发后产生的 原子核受到激发后产生的 （3）光谱 观察光谱的仪器，分光镜 光谱的分类，产生和特征 产生 特征 发射光谱 连续光谱 由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的 由连续分布的，一切波长的光组成 明线光谱 由稀薄气体发光产生的 由不连续的一些亮线组成 吸收光谱 高温物体发出的白光，通过物质后某些波长的光被吸收而产生的 在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱 光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行 光谱分析。第十四章、电磁波 第十五章、相对论简介 选修 3-5 第十六章、动量守恒定律 第十七章、波粒二象性 一、光的核子性 1、光电效应 （1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电 效应。（2）光电效应的实验规律：装置：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。金属受到光照，光电子的发射一般不超过 109秒。2、波动说在光电效应上遇到的困难 波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的条都遇到困难 3、光子说 （1）量子论：1900 年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量 E=hv （2）光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。即：E=hv 其中 h为普郎克恒量 h=6.631034JS 4、光子论对光电效应的解释 金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。二、波粒二象性 1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著 3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同 （1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小 这与经典波的振动叠加原理有所不同 （2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同 第十八章 原子结构 一、原子结构：1、电子的发现和汤姆生的原子模型：（1）电子的发现：1897 年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。（2）汤姆生的原子模型：1903 年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、粒子散射实验和原子核结构模型 （1）粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成 装置：现象：a.绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b.有少数粒子发生较大角度的偏转 c.有极少数粒子的偏转角超过了 90 度，有的几乎达到 180 度，即被反向弹回。（2）原子的核式结构模型：由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911 年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径小于 10-14m，原子轨道半径约 10-10m。3、玻尔的原子模型 （1）原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）a.电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b.电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。（2）玻尔理论 上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一个定态（设能量为 E2）跃迁到另一定态（设能量为 E1）时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=E2-E1 轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。即轨道半径跟电子动量 mv的乘积等于 h/2的整数倍，即：轨道半径跟电了动量 mv的乘积等于 h/2的整数倍，即mvrnhn2123、n 为正整数，称量数数 （3）玻尔的氢子模型：氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，（包括电子的动能和原子的热能。）氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时，氢原子的能量 En，和电子轨道半径 rn分别为：EEnrn rnnn121123、其中 E1、r1为离核最近的第一条轨道（即 n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E1=13.6ev,r1=0.5310-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中 n=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。第十九章、原子核 1、天然放射现象 （1）天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性 放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素 天然放射现象：某种元素白发地放射射线的现象，叫天然放射现象 天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的 （2）放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如图（1）：性 质 成 份 组 成 电离作用 贯穿能力 射 线 氦核组成的粒子流 很 强 很 弱 射 线 高速电子流 较 强 较 强 射 线 高频光子 很 弱 很 强 2、原子核的衰变：（1）衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒 类 型 衰变方程 规 律 衰 变 新核电荷数减少质量数减少24 衰 变 新核电荷数增加质量数不变1 射线是伴随、衰变放射出来的高频光子流 在衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子，即：（2）半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。一放射性元素，测得质量为 m,半衰期为 T，经时间 t 后，剩余未衰变的放射性元素的质量为 m mmt To2/3、原子核的人工转变：原子核的人工转变是指用人工的方法（例如用高速粒子轰击原子核）使原子核发生转变。（1）质子的发现：1919年，卢瑟福用粒子轰击氦原子核发现了质子。7142481711NHeOH （2）中子的发现：1932 年，查德威克用粒子轰击铍核，发现中子。4、原子核的组成和放射性同位素 （1）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子 在原子核中：质子数等于电荷数 核子数等于质量数 中子数等于质量数减电荷数 （2）放射性同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。正电子的发现：用粒子轰击铝时，发生核反应。发生+衰变，放出正电子 三、核能：1、核能：核子结合成的子核或将原子核分解为核子时，都要放出或吸收能量，称为核能。例如：2、质能方程：爱因斯坦提出物体的质量和能量的关系：Emc2质能方程 3、核能的计算：在核反应中，及应后的总质量，少于反应前的总质量即出现质量亏损，这样的反就是放能反应，若反应后的总质量大于反应前的总质量，这样的反应是吸能反应。吸收或放出的能量，与质量变化的关系为：Emc2 例：计算mkgE1166061027.?的质量相当的能量 Em cJevmev2278210916606102997910149241009315 109315.为了计算方便以后在计算核能时我们用以下两种方法 方法一：若已知条件中m以千克作单位给出，用以下公式计算 Em c2 公式中单位：mkgCm sEJ;/;方法二：若已知条件中m以作单位给出，用以下公式计算 EDmMev m 9315./公式中单位：Dmkg；E Mev 4、释放核能的途径裂变和聚变 （1）裂变反应：裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如：链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件：ab)裂变物质的体积，超过临界体积有中子进入裂变物质 裂变时平均每个核子放能约 1Mev能量 1kg全部裂变放出的能量相当于 2500 吨优质煤完全燃烧放出能量 （2）聚变反应：聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。例如：12132401176HHHenMev.平均每个核子放出 3Mev的能量 聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温