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第十六章 動量守恆定律
一、動量；動量守恆定律
1、動量：可以從兩個側面對動量進行定義或解釋：
①物體的質量跟其速度的乘積，叫做物體的動量。
②動量是物體機械運動的一種量度。
動量的表達式P=mv。單位是。動量是矢量，其方向就是瞬時速度的方向。因為速度是相對的，所以動量也是相對的。
2、動量守恆定律：當系統不受外力作用或所受合外力為零，則系統的總動量守恆。動量守恆定律根據實際情況有多種表達式，一般常用等號左右分別表示系統作用前後的總動量。
運用動量守恆定律要注意以下幾個問題：
①動量守恆定律一般是針對物體系的，對單個物體談動量守恆沒有意義。
②對於某些特定的問題, 例如碰撞、爆炸等，系統在一個非常短的時間內，系統內部各物體相互作用力，遠比它們所受到外界作用力大，就可以把這些物體看作一個所受合外力為零的系統處理, 在這一短暫時間內遵循動量守恆定律。
③計算動量時要涉及速度，這時一個物體系內各物體的速度必須是相對於同一慣性參照系的，一般取地面為參照物。
④動量是矢量，因此「系統總動量」是指系統中所有物體動量的矢量和，而不是代數和。
⑤動量守恆定律也可以應用於分動量守恆的情況。有時雖然系統所受合外力不等於零，但只要在某一方面上的合外力分量為零，那麼在這個方向上系統總動量的分量是守恆的。
⑥動量守恆定律有廣泛的應用範圍。只要系統不受外力或所受的合外力為零，那麼系統內部各物體的相互作用，不論是萬有引力、彈力、摩擦力，還是電力、磁力，動量守恆定律都適用。
系統內部各物體相互作用時，不論具有相同或相反的運動方向；在相互作用時不論是否直接接觸；在相互作用後不論是粘在一起，還是分裂成碎塊，動量守恆定律也都適用。
3、動量與動能、動量守恆定律與機械能守恆定律的比較。
動量與動能的比較：
①動量是矢量, 動能是標量。
②動量是用來描述機械運動互相轉移的物理量，而動能往往用來描述機械運動與其他運動(比如熱、光、電等)相互轉化的物理量。
比如完全非彈性碰撞過程研究機械運動轉移——速度的變化可以用動量守恆，若要研究碰撞過程改變成內能的機械能則要用動能為損失去計算了。所以動量和動能是從不同側面反映和描述機械運動的物理量。
動量守恆定律與機械能守恆定律比較：前者是矢量式，有廣泛的適用範圍，而後者是標量式其適用範圍則要窄得多。這些區別在使用中一定要注意。
4、碰撞：兩個物體相互作用時間極短，作用力又很大，其他作用相對很小，運動狀態發生顯著化的現象叫做碰撞。
以物體間碰撞形式區分，可以分為「對心碰撞」(正碰), 而物體碰前速度沿它們質心的連線；「非對心碰撞」——中學階段不研究。
以物體碰撞前後兩物體總動能是否變化區分，可以分為：「彈性碰撞」。碰撞前後物體系總動能守恆；「非彈性碰撞」，完全非彈性碰撞是非彈性碰撞的特例，這種碰撞，物體在相碰後粘合在一起，動能損失最大。
各類碰撞都遵守動量守恆定律和能量守恆定律，不過在非彈性碰撞中，有一部分動能轉變成了其他形式能量，因此動能不守恆了。
二、彈性碰撞和非彈性碰撞
碰撞：相互運動的物體相遇，在極短的時間內，通過相互作用，運動狀態發生顯著變化的過程叫碰撞。
⑴完全彈性碰撞：在彈性力的作用下，系統內只發生機械能的轉移，無機械能的損失，稱完全彈性碰撞。
⑵非彈性碰撞：在非彈性力的作用下，部分機械能轉化為物體的內能，機械能有了損失，稱非彈性碰撞。
⑶完全非彈性碰撞：在完全非彈性力的作用下，機械能損失最大（轉化為內能等），稱完全非彈性碰撞。碰撞物體粘合在一起，具有相同的速度。
第十七章 波粒二象限
一、量子論
1.創立標誌：1900年普朗克在德國的《物理年刊》上發表《論正常光譜能量分布定律》的論文，標誌著量子論的誕生。
2.量子論的主要內容
①普朗克認為物質的輻射能量並不是無限可分的，其最小的、不可分的能量單元即「能量子」或稱「量子」，也就是說組成能量的單元是量子。
②物質的輻射能量不是連續的，而是以量子的整數倍跳躍式變化的。
3.量子論的發展
①1905年，愛因斯坦獎量子概念推廣到光的傳播中，提出了光量子論。
②1913年，英國物理學家玻爾把量子概念推廣到原子內部的能量狀態，提出了一種量子化的原子結構模型，豐富了量子論。
③到1925年左右，量子力學最終建立。
二、黑體和黑體輻射
1．熱輻射現象
任何物體在任何溫度下都要發射各種波長的電磁波，並且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布都與溫度有關。這種由於物質中的分子、原子受到熱激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。
①物體在任何溫度下都會輻射能量。
②物體既會輻射能量，也會吸收能量。物體在某個頻率範圍內發射電磁波能力越大，則它吸收該頻率範圍內電磁波能力也越大。
輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時溫度恆定不變。
實驗表明：物體輻射能多少決定於物體的溫度（T）、輻射的波長、時間的長短和發射的面積。
2.黑體
物體具有向四周輻射能量的本領，又有吸收外界輻射來的能量的本領。黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。
3.實驗規律：
①隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有增加；
②隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動。
三、光電效應
1.光電效應在光（包括不可見光）的照射下，從物體發射出電子的現象稱為光電效應。
⑵光電效應的實驗規律：裝置如下圖
①任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大於這個極限頻率才能發生光電效應，低於極限頻率的光不能發生光電效應。
②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，光隨入射光頻率的增大而增大。
③大於極限頻率的光照射金屬時，光電流強度（反映單位時間發射出的光電子數的多少），與入射光強度成正比。
④ 金屬受到光照，光電子的發射一般不超過10－9秒。
2.波動說在光電效應上遇到的困難
波動說認為：光的能量即光的強度是由光波的振幅決定的與光的頻率無關，所以波動說對解釋上述實驗規律中的①②④條都遇到困難。
3.光子說
⑴量子論：1900年德國物理學家普朗克提出：電磁波的發射和吸收是不連續的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量。
⑵光子論：1905年愛因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比。即：。
其中v是電磁波的頻率，h為普朗克恆量：
4.光子論對光電效應的解釋
金屬中的自由電子，獲得光子後其動能增大，當功能大於脫出功時，電子即可脫離金屬表面，入射光的頻率越大，光子能量越大，電子獲得的能量才能越大，飛出時最大初功能也越大。
5.
四、光的波粒二象性；物質波
光既表現出波動性，又表現出粒子性。大量光子表現出的波動性強，少量光子表現出的粒子性強；頻率高的光子表現出的粒子性強，頻率低的光子表現出的波動性強。
實物粒子也具有波動性，這種波稱為德布羅意波，也叫物質波。滿足下列關係：
從光子的概念上看，光波是一種概率波.
第十八章 原子結構
一、原子核式結構模型
1、電子的發現和湯姆生的原子模型：
⑴電子的發現：
1897年英國物理學家湯姆生，對陰極射線進行了一系列研究，從而發現了電子。
電子的發現表明：原子存在精細結構，從而打破了原子不可再分的觀念。
⑵湯姆生的原子模型：
1903年湯姆生設想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷中。
2、粒子散射實驗和原子核結構模型
⑴粒子散射實驗：1909年，盧瑟福及助手蓋革和馬斯頓完成的。
①裝置：如下圖
②現象：
a.絕大多數粒子穿過金箔後，仍沿原來方向運動，不發生偏轉。
b.有少數粒子發生較大角度的偏轉。
c.有極少數粒子的偏轉角超過了90°，有的幾乎達到180°，即被反向彈回。
⑵原子的核式結構模型：
由於粒子的質量是電子質量的七千多倍，所以電子不會使粒子運動方向發生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對粒子的運動產生明顯的影響。
如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運動將不發生明顯改變。散射實驗現象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。
1911年，盧瑟福通過對粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉。
原子核半徑約為10-15m，原子軌道半徑約為10-10m。
⑶光譜
①觀察光譜的儀器，分光鏡
②光譜的分類，產生和特徵
發射光譜
連續光譜
產 生
特 徵
由熾熱的固體、液體和高壓氣體發光產生的
由連續分布的，一切波長的光組成
明線光譜
由稀薄氣體發光產生的
由不連續的一些亮線組成
吸收光譜
高溫物體發出的白光，通過物質後某些波長的光被吸收而產生的
在連續光譜的背景上，由一些不連續的暗線組成的光譜
③ 光譜分析：
一種元素，在高溫下發出一些特點波長的光，在低溫下，也吸收這些波長的光，所以把明線光波中的亮線和吸收光譜中的暗線都稱為該種元素的特徵譜線，用來進行光譜分析。
二、氫原子光譜
氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。
1885年，巴耳末對當時已知的，在可見光區的14條譜線作了分析，發現這些譜線的波長可以用一個公式表示：
式中R叫做裡德伯常量，這個公式成為巴爾末公式。
除了巴耳末系，後來發現的氫光譜在紅外和紫個光區的其它譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關係式。
氫原子光譜是線狀譜，具有分立特徵，用經典的電磁理論無法解釋。
三、原子的能級
玻爾的原子模型：
1.原子核式結構模型與經典電磁理論的矛盾（兩方面）
a.電子繞核作圓周運動是加速運動，按照經典理論，加速運動的電荷，要不斷地向周圍發射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最後電子要落到原子核上，這與原子通常是穩定的事實相矛盾。
b.電子繞核旋轉時輻射電磁波的頻率應等於電子繞核旋轉的頻率，隨著旋轉軌道的連續變小，電子輻射的電磁波的頻率也應是連續變化，因此按照這種推理原子光譜應是連續光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。
2.玻爾理論
上述兩個矛盾說明，經典電磁理論已不適用原子系統，玻爾從光譜學成就得到啟發，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假設：
①定態假設：原子只能處於一系列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖然做加速運動，但並不向外在輻射能量，這些狀態叫定態。
②躍遷假設：原子從一個定態（設能量為Em）躍遷到另一定態（設能量為En）時，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態的能量差決定，即hv=Em－En
③軌道量子化假設，原子的不同能量狀態，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續因而電子可能軌道的分布也是不連續的。
⑶玻爾的氫子模型：
①氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設基礎上，利用經典電磁理論和牛頓力學，計算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的熱能。）
②氫原子的能級圖：氫原子的各個定態的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的表示出來即能級圖。
其中n=1的定態稱為基態。n=2以上的定態，稱為激發態。
第十九章 原子核
一、原子核的組成
1、天然放射現象
⑴天然放射現象的發現：1896年法國物理學，貝克勒耳發現鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。
放射性：物質能發射出上述射線的性質稱放射性。
放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素。
天然放射現象：某種元素自發地放射射線的現象，叫天然放射現象。這表明原子核存在精細結構，是可以再分的。
⑵放射線的成份和性質：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如下圖
射線種類
射線組成
性 質
電離作用
貫穿能力
射線
氦核組成的粒子流
很強
很弱
射線
高速電子流
較強
較強
射線
高頻光子
很弱
很強
2、原子核的組成
原子核的組成：原子核是由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子。
在原子核中有：質子數等於電荷數、核子數等於質量數、中子數等於質量數減電荷數。
二、原子核的衰變；半衰期
⑴衰變：原子核由於放出某種粒子而轉變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數和質量數守恆
⑵半衰期：放射性元素的原子核的半數發生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。
放射性元素衰變的快慢是由核內部自身因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關係。
三、放射性的應用與防護；放射性同位素
放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
同位素：具有相同的質子和不同中子數的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。
正電子的發現：用粒子轟擊鋁時，發生核反應。
1934年，約裡奧—居裡夫婦發現經過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷，
即：。
反應生成物P是磷的一種同位素，自然界沒有天然的，它是通過核反應生成的人工放射性同位素。
與天然的放射性物質相比，人造放射性同位素：
①放射強度容易控制
②可以製成各種需要的形狀
③半衰期更短
④放射性廢料容易處理
放射性同位素的應用：
①利用它的射線
A.由於γ射線貫穿本領強，可以用來γ射線檢查金屬內部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀。
B.利用射線的穿透本領與物質厚度密度的關係，來檢查各種產品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現自動控制。
C.利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。
D.利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等
②作為示蹤原子：用於工業、農業及生物研究等。
棉花在結桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收。但是，什麼時候的吸收率最高、磷在作物體內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等，用通常的方法很難研究。
如果用磷的放射性同位素製成肥料噴在棉花葉面上，然後每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決。
放射性的防護：
①在核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外洩
②用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內，並埋在深海裡
③在生活中要有防範意識，儘可能遠離放射源
四、核反應方程
1.熟記一些實驗事實的核反應方程式。
⑴盧瑟福用α粒子轟擊氦核打出質子：
⑵貝克勒耳和居裡夫人發現天然放射現象：
⑶查德威克用α粒子轟擊鈹核打出中子：
⑷居裡夫人發現正電子：
⑸輕核聚變：
⑹重核裂變：
2.熟記一些粒子的符號
3.注意在核反應方程式中，質量數和電荷數是守恆的。
處理有關核反應方程式的相關題目時，只要做到了以上幾點，即可順利解決問題。
五、重核裂變；核聚變
釋放核能的途徑——裂變和聚變
1.裂變反應：
①裂變：重核在一定條件下轉變成兩個中等質量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。例如：
②鏈式反應：在裂變反應用產生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應繼續下去。
鏈式反應的條件：臨界體積，極高的溫度。
③
2.聚變反應：
①聚變反應：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應，稱為聚變反應。例如：
②一個氘核與一個氚核結合成一個氦核時（同時放出一個中子），釋放出17.6MeV的能量，平均每個核子放出的能量3MeV以上。比列變反應中平均每個核子放出的能量大3-4倍。
③聚變反應的條件；幾百萬攝氏度的高溫。