期末考前必备知识清单03 （选必三）高二物理下学期沪科版

沪科版 知识清单03 选必三 第一部分 分子动理论 一 分子动理论、内能 1. 分子的两种模型 1）球模型：，得直径 (常用于固体和液体)． 2）立方体模型：，得边长 (常用于气体)． 【提分点拨】 分子总数：N=nNA=NA=NA。 特别提醒：对气体而言，V0=不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间。 2. 分子热运动   1）分子热运动：分子做永不停息的无规则运动． 2）扩散现象:不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方中去.温度越高，扩散越快. 扩散现象就是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间． 3）布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动，是液体分子对微小颗粒撞击作用的不平衡造成的，是液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映.颗粒越小，布朗运动越明显;温度越高，布朗运动越明显. 3. 物体的内能 【提分点拨】布朗运动不是分子的运动，但它反映了液体(或气体)分子的无规则运动． 1）分子动能:做热运动的分子具有动能，在热现象的研究中，单个分子的动能是无研究意义的，重要的是分子热运动的平均动能.温度是物体分子热运动的平均动能的标志. 2）分子势能:分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能.分子势能随着物体的体积变化而变化.分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大.分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间距离增大而减小.对实际气体来说，体积增大，分子势能增加;体积缩小，分子势能减小. 3）物体的内能:物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能.任何物体都有内能，物体的内能跟物体的温度和体积有关. 4）物体的内能和机械能有着本质的区别.物体具有内能的同时可以具有机械能，也可以不具有机械能. ①内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和． ②决定因素：温度、体积和物质的量． ③影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关． ④改变物体内能的两种方式：做功和热传递． 【提分点拨】分析物体内能问题的五点提醒 1）内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法． 2）内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关． 3）通过做功或热传递可以改变物体的内能． 4）温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同． 5）内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关．任何物体都具有内能，恒不为零． 4. 分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系 分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，但斥力的变化比引力的变化快，实际表现出来的是引力和斥力的合力. 分子间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)． 1）当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． 2）当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． 3）当r＝r0时，分子势能最小. 5. 温度与温标 1）一切达到热平衡的系统都具有相同的温度． 2）两种温标：摄氏温标和热力学温标．关系：. 【提分点拨】绝对零度为-273.15℃，它是低温的极限，只能接近不能达到. 第二部分 气体、液体和固体 一 固体、液体与气体 1. 固体 1）分类：固体分为晶体和非晶体两类．晶体又分为单晶体和多晶体． 2）晶体和非晶体的比较 分类 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 有规则的形状 无确定的几何形状 无确定的几何外形 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 典型物质 石英、云母、明矾、食盐 各种金属 玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青 转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 2. 液体 1）液体的表面张力 ①作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小． ②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直． ③形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力． 3. 液晶 1）液晶的物理性质 ①具有液体的流动性． ②具有晶体的光学各向异性． 2）液晶的微观结构：从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的． 4. 气体的状态参量 1）气体的温度:宏观表现为物体的冷热程度，微观表现为气体分子平均动能的标志. 2）气体的体积:气体的体积不是气体分子自身体积的总和，而是指大量气体分子所能达到的整个空间的体积.封闭在容器内的气体，其体积等于容器的容积. 3）气体的压强:气体作用在器壁单位面积上的压力.数值上等于单位时间内器壁单位面积上受到气体分子的总冲量.   ①产生原因:大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的持续的压力.   ②决定因素:一定气体的压强大小，微观上决定于分子的运动速率和分子密度;宏观上决定于气体的温度和体积. Ⅰ、宏观上：决定于气体的温度和体积． Ⅱ、微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度． 5. 气体分子运动的特点 1）气体分子间有很大的空隙.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍. 2）气体分子之间的作用力十分微弱.在处理某些问题时，可以把气体分子看作没有相互作用的质点. 3）气体分子运动的速率分布图像：气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示． 二 气体的实验定律及理想气体状态方程 1. 气体的变化——气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比 表达式 拓展： 拓展： 微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变 图像 2. 理想气体状态方程 1）理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体． ①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体． ②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定． 2）理想气体状态方程：或.(质量一定的理想气体) 【提分点拨】 1）解题基本思路 ①选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体． ②找参量：分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T，其中压强的确定是关键． ③认过程：认清变化过程，正确选用物理规律． ④列方程：选用理想气体状态方程或某一气体实验定律列式求解，必要时讨论结果的合理性. 2）分析气体状态变化的问题要抓住三点 ①弄清一个物理过程分为哪几个阶段． ②找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的． ③明确哪个阶段应遵循什么实验定律． 第三部分 热力学定律 一 热力学定律 1. 改变内能的两种方式 1）做功:其本质是其他形式的能和内能之间的相互转化. 2）热传递:其本质是物体间内能的转移. 3）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别. 2. 理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路 1）内能变化量ΔU ①由气体温度变化分析ΔU：温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。 ②由公式ΔU=W+Q分析内能变化。 2）做功情况W：由体积变化分析气体做功情况：体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0。 3）气体吸、放热Q：一般由公式Q=ΔU-W分析气体的吸、放热情况：Q>0，吸热；Q<0，放热。 3.能量转化和守恒定律 1）内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 2）条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的． 3）第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律． 4. 热力学第一定律 1）内容:物体内能的增量（ΔU）等于外界对物体做的功（W）和物体吸收的热量（Q）的总和. 2）表达式: 3）符号法则: 物理量 ＋ － W 外界对物体做功 物体对外界做功 Q 物体吸收热量 物体放出热量 ΔU 内能增加 内能减少 【提分点拨】 1）热力学第一定律的理解 ①内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． ②做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正． ③与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0. ④如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． 2）三种特殊情况 ①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； ②若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； ③若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 5. 热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路 1）确定研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等 2）两类分析： ①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化 ②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况 3）选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律 6. 热力学第二定律 1）热传导的方向性：热传递的过程是有方向性的，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自发地从低温物体传给高温物体. 2）热力学第二定律的两种常见表述 ①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体． ②开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”． 3）热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行． 【提分点拨】 1）热力学第二定律的含义 ①“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助． ②“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能． 2）热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． 4）热力学过程的方向性实例 7. 永动机不可能制成   1）第一类永动机不可能制成:不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为第一类永动机，这种永动机是不可能制造成的，它违背了能量守恒定律.   2）第二类永动机不可能制成:没有冷凝器，只有单一热源，并从这个单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机.第二类永动机不可能制成，它虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律. 第四部分 黑体辐射与光电效应、波粒二象性 一 黑体辐射与能量子 1. 热辐射 1）定义：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，所以叫热辐射． 2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 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． 3. 黑体辐射规律:随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 4. 能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子． 5. 能量子大小：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量． (一般取)． 6. 发光功率与单个光子能量的关系：发光功率，其中n为单位时间发出的光子数目，为单个光子的能量． 二 光电效应 1.光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。） 2.光电效应的产生条件：入射光的频率大于或等于金属的截止频率． 3.光电效应的规律。 1）每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止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. 4）当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 4. 爱因斯坦光电效应方程 1）爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比： 2）光电效应方程 ①表达式：或. ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． 3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 4）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． 【提分点拨】光电效应的研究思路 1）通过频率分析：光子频率越高，光子得能量越大，产生光电子得最大出动能越大 2）通过光的强度分析：入射光强度越大，单位时间照到金属表面的光子数目越多，单位时间产生的光电子越多，光电流越大 5. 光电效应图象 1）最大初动能与入射光频率的关系图线 ①截止频率(极限频率) ：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功：图线与轴交点的纵坐标的绝对值 ③普朗克常量：图线的斜率 2）遏止电压与入射光频率的关系图线 ①截止频率：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 (注：此时两极之间接反向电压) 3）颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压：图线与横轴的交点的横坐标的绝对值 ②饱和电流：电流的最大值 ③最大初动能： 6. 光的波粒二象性 1）干涉、衍射和偏振表明光是一种波； 2）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； 3）现代物理学认为：光具有波粒二象性。 7. 物质波 1）概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，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，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 第五部分 原子结构 一 原子的核式结构与氢原子光谱 1. 原子的核式结构 1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子． 2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． 3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的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．由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。 2. 光谱 1）光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． 2）光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． 3. 氢原子光谱的实验规律： 1）巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． 2）氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 4. 玻尔理论 1）定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． 2）跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)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.(h是普朗克常量，) 3）轨道量子化假设：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． 5. 氢原子的能量和能级跃迁 1）能级和半径公式： ①能级公式： (n＝1,2,3，…)，其中为基态能量，其数值为. ②半径公式： (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为. 2）氢原子的能级图，如图所示 【提分点拨】 1）两类能级跃迁 ①自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．光子的频率. ②受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．吸收光子的能量必须恰好等于能级差. 2）一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为n-1，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N==求解。 3）电离 ①电离态：n＝∞，E＝0. ②电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． ③吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能． 第六部分 原子核 一 原子核 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2. 天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，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． 3. 各种放射线的性质比较 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷（e） 2e -e 0 质量（u） 4mp,mp≈1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度（c） 0.1c 0.99c c(光速) 电磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿性 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 电离性 很强 较弱 很弱 4. 原子核的衰变 1）衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． 2）α衰变与β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 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 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 3）γ射线:γ射线经常伴随着α衰变或β衰变产生.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． 【提分点拨】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. 5. 核反应 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n 【提分点拨】核反应方程式的书写 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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． 2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． 3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 6.半衰期： 1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 2）公式：，，.式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。 3）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，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． 7. 放射性同位素的应用及防护 1）利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。 2）作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。 3）进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。 一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。 4）防护：防止放射性对人体组织的伤害 8.质量亏损及核能 1）核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． 2）核能：核反应中放出的能叫核能。 3）质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 4）质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：，这就是爱因斯坦的质能方程。 质能方程的另一个表达形式是：。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。 在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 【提分点拨】核能的计算方法 1）根据计算时, 的单位是“kg”,c的单位是“m/s”, 的单位是“J”. 2）根据计算时, 的单位是“u”, 的单位是“MeV”. 3）根据核子比结合能来计算核能: 原子核的结合能=核子的比结合能×核子数. 核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. 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $