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人教版高中物理 选修 3-5 知识点总结

一．量子论的建立 黑体和黑体辐射Ⅰ

（一）量子论

1.创立标志： 1900 年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文， 标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容：

①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称 “量子”，也就是说组成能量的单元是量子。

②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 3.量子论的发展

① 1905 年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。

② 1913 年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。

③到 1925 年左右，量子力学最终建立。 4.量子论的意义

①与量子论等一起，引起物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性发展。 ②量子论的革命性观念揭开了微观世界的奥秘，深刻改变了人们对整个物质世界的认识。 ③量子论成功的揭示了诸多物质现象，如光量子论揭示了光电效应

④量子概念是一个重要基石，现代物理学中的许多领域都是从量子概念基础上衍生出来的。

量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，

开始从宏观世界深入到微观世界；同时，

论的基础上发展起来的量子论学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。

（二）黑体和黑体辐射

在量子

1 ．热辐射现象

任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，

的分布都与温度有关。

并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长

这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

① .物体在任何温度下都会辐射能量。

② .物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。

辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。

实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（

T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。

2. 黑体

物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射 来的能量的本领。

黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的

物体。

3 ．实验规律：

1 ）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；

2 ）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。

二．光电效应 光子说 光电效应方程Ⅰ

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：

①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。

②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。

③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。

④ 金属受到光照，光电子的发射一般不超过

－

10 9 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。

上述实验规律中的①②④条都遇到困难

所以波动说对解释

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=6.63 ×10 34JS

－

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。

5 ．光电效应方程

EKm h W0

当 Vm=0 时， n 为极限频率 n 0 ， n 0=W 0 /h

三．康普顿效应Ⅰ

康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子 长大于入射光的波长。

,散射光子的能量减少，于是散射光的波

2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量 量，根据碰撞理论，

碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

,由于光子质量远小于原子质

3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。康普顿效应说明光具有粒子性。

四．光的波粒二象性

物质波 概率波 不确定性关系Ⅰ

光既表现出波动性，又表现出粒子性

大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率

低的光子表现出的波动性强．

实物粒子也具有波动性

h

h

p

这种波称为德布罗意波，也叫物质波。

从光子的概念上看，光波是一种概率波 不确定性关系：

x p

h 4

五．原子核式结构模型Ⅰ

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①装

置：

② 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，

像汤

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，

粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，

姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的

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 -14 m ，原子轨道半径约 10 -10 m 。

六．氢原子光谱Ⅰ

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。

1885 年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的 一个公式表示：

14 条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用

1 R(

1

2

1

2 )

n 3,4,5,... 107m 1

2 n

巴耳末公式 R=1.10

里德伯常量

除了巴耳末系， 后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系

式。

氢原子光谱是线状谱，具有分立特征，用经典的电磁理论无法解释。

七．原子的能级Ⅰ

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

这种原

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，

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：

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。

②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

hv = E2- E1

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

③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

的整数倍，

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

即：轨道半径跟电了动量

mv 的乘积等于 h/

的整数倍，即

n 为正整数，称量数数 （ 3）玻尔的氢子模型：

①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，

（包括

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，

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

r n 分别为：

En

E1

2

n n 1、2、3? ?

rn n2 r1

其中 E1、r 1 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= －13.6 ev,

r 1=0.53 ×10 -10 m (以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)

②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。

八．原子核的组成Ⅰ

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 、原子核的组成

（ 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

九．原子核的衰变 半衰期Ⅰ

（ 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

新核

变

电荷数增加 1 质量数不变

衰

射线是伴随

衰变放射出来的高频光子流

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

在

衰变中新核质子数多一个，

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

m m0 ( ) t

2

放射性同位素Ⅰ

1

t

十．放射性的应用与防护

人工放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素

放射性同位素： 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。

发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷

1934 年，约里奥·居里和伊丽芙·居里

24 He 2713Al

15

30

P 01 n

反应生成物 P 是磷的一种同位素，自然界没有天然的

3015

P ，它是通过核反应生成的人工放射

性同位素。

发生 +

衰变，放出正电子

与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：

1 、放射强度容易控制 2 、可以制成各种需要的形状 3 、半衰期更短

4 、放射性废料容易处理放射性同位素的应用

1 、利用它的射线

A 、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪．

B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的

高度等，从而实现自动控制

C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电 D 、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等 2 、作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等

.

棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收．但是，

什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况

等，用通常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，

然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解

决．

放射性的防护

（ 1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄

（ 2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里 （ 3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源

十一．核力与结合能

质量亏损Ⅰ

核力： 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力．

1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。

10 -15 m 量级时起作用，距离大于

0.8 ×10 -15 m 时为斥力。

0.8 ×10 -15 m 时为引力 , 距离为 10

2. 核力是短程力。约在

×10 -15 m 时核力几乎消失，距离小于

3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生 作用。

4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。

核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力 减小得更快。所以， 原子核大到一定程度时，

相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑

力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没

有库仑斥力， 但有相互吸引的核力， 有助于维系原子核的稳定。 由于这个原因， 稳定的重原子核里，

中子数要比质子数多。

结合能； 由于核子间存在着强大的核力，

所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴

随着巨大的能量变化．

当核子结合成原子核时要放出一定能量；

原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量

叫做原子核的结合能．

比结合能： 结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。

比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

质量亏损： 原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小

于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损

爱因斯坦质能方程

E=mc 2

式中 c 是真空中的光速， m 是物体的质量， E 是物体的能量。

核子在结合成原子核时出现的质量亏损

m ，正表明它们在互相结合过程中放出了能量

E= m ·c2 常用单位 :

Dm 用“ u( 原子质量单位 ) ” 1u=1.660566

×10- 27 kg

E 用“ uc 2”

1uc 2 =931.5MeV

(表示 1u 的质量变化相当于 931.5Me V 的能量改变 )

十二．核反应方程Ⅰ

1. 熟记一些实验事实的核反应方程式。 （ 1 ）卢瑟福用α粒子轰击氦核打出质子：

147N 24 He

178O 11H

（ 2 ）贝克勒耳和玛丽 g居里夫人发现天然放射现象：

α衰变

23892U 23490Th24

He β衰变

23490Th 23491 Pa 01e

（ 3 ） 查德威克用α粒子轰击铍核打出中子 49 Be24He

12

6

C

0

1

n

（ 4 ） 伊丽芙 g居里发现正电子 1327 Al 24 He 1530 P 01n 和 1530 P 1430Si 01e

（ 5 ） 轻核聚变 01n

11H 12

H

（ 6 ） 重核聚变

23592U

01n

13654 Xe

10 01n

2. 熟记一些粒子的符号

α粒子（ 24 He ）、质子（ 11H ）、中子（ 01n ）、电子（

01e ）、氘核（ 12H ）、氚核（ 13

H ）反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的。

3. 注意在核

处理有关核反应方程式的相关题目时，只要做到了以上几点，即可顺利解决问题。

十三．重核裂变

核聚变Ⅰ

释放核能的途径——裂变和聚变

（ 1 ）裂变反应：①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：

②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：

③

裂变时平均每个核子放能约 1 Mev 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 ：①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：

②平均每个核子放出 3 Mev 的能量③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温