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P A B C A B C ． PV P V P V =C或 1 1 = 2 2 T T T 理想气体状态方程： 1 2 ；C与气体的质量和种类有关； 例题：容积为V=20 L的钢瓶内，贮有压强为P=1.5×107 Pa的氧气．打开钢瓶的阀门，让氧气分装到容积为V=5 1 0 L的氧气袋中(袋都是真空的)，充气后的氧气袋中氧气压强都是P=1.0×106 Pa，设充气过程不漏气，环境温度不 2 变，则这瓶氧气最多可分装袋？ 解：设可分装n袋，取全部气体研究，据玻意耳定律有：pV＝pV＋npV, 1 2 2 0 1.5×107 Pa×20 L＝1.0×106 Pa×20 L＋n×1.0×106 Pa×5 L，解得n＝56． 四、固体 分类 晶体 非晶体 比较项目 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性每个晶粒的排 原子排列 有规则 无规则 列无规则 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。如天然水晶是晶体，熔化再 转化 凝固成的石英玻璃是非晶体 典型物质 石英、云母、明矾、食盐 玻璃、橡胶 1只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体. 2只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体. 3晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化. 4金属是多晶体，所以它是各向同性的. 5 物质的所有物理性质相同叫做各向同性，有一个物理性质不同，叫做各向异性。 五、液体 液体的表面张力 1．表面层：液体跟气体的接触表面存在一个薄层叫作表面层．在液体内部，分子间平均距离略小于r，分子间作 0 用力表现为斥力．而在表面层内的分子距离略大于r，因此分子间的作用表现为引力．表面张力能使液体表面收 0 缩到最小面积，呈现球形。 2．如果在液体表面任意画一条线，把液体表面分为两部分，直线两侧的液体存在着一对与直线垂直、大小相等、 方向相反的作用力．这种力在液体表面层内各个方向上都存在，力的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直，这 种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。 浸润和不浸润 1．一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润；一种液体不会润湿某种固体，也就不会 附着在这种固体的表面上，这种现象叫作不浸润． 2．一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系．水能浸润玻璃，但水不浸润蜡。 3．液体放在玻璃管中，液面呈凹型为浸润，液面呈凸型为不浸润。 4．毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象．细管越细， 高度差越大。 液晶 1. 液晶：液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分 子的规则排列的性质，分子取向排列的液晶具有光学各向异性． 2. 出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态，另一些物质，在适当 的溶剂中溶解时，在一定浓度范围内具有液晶态． 3. 液晶的微观结构：构成液晶的分子为有机物分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的5倍以上． 4．应用：广泛用于手机屏幕、平板电视等显示设备中．液晶的研究在生命科学中也有应用． 例题：如图，上端开口的圆柱形汽缸竖直放置，截面积为5×10－3 m2，一定质量的气体被质量为2.0 kg的光 滑活塞封闭在汽缸内， （1）其压强为多少Pa(大气压强取1.01×105 Pa，g取10 m/s2)． （2）若从初温27 ℃开始加热气体，使活塞离汽缸底部的高度由0.50 m缓慢地变为0.51 m，则此时气体的 温度为多少℃. 解析：活塞的受力情况如图，由平衡条件得，pS＝pS＋mg，则 0 P 0 S+mg 2.0×10 V 1 = V 2 V 2 T 1 p＝ S ＝p＋＝1.01×105 Pa＋ 5×10−3 Pa＝1.05×105 Pa.由盖—吕萨克定律 T 1 T 2得T＝ V 1 ＝ 0 2 h T 2 1 h 1 ＝ K＝306 K，t＝T－273 ℃＝33 ℃. 2 2 第 3 章 热力学定律与能量守恒定律知识点 一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式：做功和传热。传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。表达式： ΔU＝Q＋W。 W Q ΔU＋增加 外界对系统做功，气体体积减少 系统吸收热量 内能增加，气体温度增加 －减少 系统对外界做功，气体体积增加 系统放出热量 内能减少，气体温度减少 ΔU＝Q＋W的三种特殊情况 ①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对系统做的功等于系统内能的增加。 ②若气体向真空中扩散，气体对外不做功，内能不变，温度不变。 ③气体对外做功计算公式： W=FL=PSL=PΔV 。 3.能量守恒定律内容：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。 4.第一类永动机，不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。违背能量守恒定律，因此不可能实现。 二、热力学第二定律 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．熵增加原理：在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的。 4．第二类永动机：从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。违背热力学第 二定律，不可能实现。 5．能源的利用 (1)存在能量耗散和品质降低。(2)重视利用能源时对环境的影响。 (3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水能等)。 第 4 章 光电效应 波粒二象性 一、黑体与黑体辐射 1．黑体：物体在辐射电磁波的同时，还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一个物体能全部吸收入射的各 种波长的电磁波而不产生反射，我们称之为绝对黑体，简称黑体． 2．黑体辐射：黑体表面向外辐射电磁波，这个过程叫作黑体辐射．黑体辐射的状况只与黑体的温度有关，与 材料的种类及表面状况无关． 3．黑体辐射的实验规律 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，辐射强度的最大值向波长较短的方向 移动． 4.维恩公式：德国物理学家维恩从热学理论推出的公式，只在短波部分与实验非常接近； 5.瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论推出的公式，只在长波部分与实验基本一致，但在短波区与实验 严重不符． 6.微观世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值ε叫作能量子，ε＝hν，式中的ν是带电微粒振动的 频率，h是普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s.为了解黑体辐射规律，普朗克提出了能量子的概念，即能 量是不连续的．总能量就是能量子的整数倍。 E=nε 。 二、光电效应及其规律 1．定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子：光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应的实验规律 ν (1)存在截止频率：当入射光的频率ν低于截止频率 C时不发生光电效应。不同金属的截止频率不同，即截 止频率与金属自身的性质有关。光的频率就是光的颜色。 hν =W (2)逸出功W 要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功。 c 0。 0： (3)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，即在一定的光 照条件下，单位时间阴极K发射的光电子的数目是一定的。实验表明，光的频率一定时，入射光越强，饱和电流 越大，单位时间内发射的光电子数越多。光的强度就是光的功率。 (4)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子的初动能 1 E = m v2 =eU k 2 e e c 有最大值， ，称为光电子的最大初动能。实验表明，遏止电压(或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。ν (5)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率 C时，无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时 发生的，10-9s。 三、爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ 1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量为hν，其中h＝6.63×10 －34 J·s(称为普朗克常量)。这些能量子后来称为光子。 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E＝hν－W。 k 0 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W的能量被电子用 0 1 E = m v2 =eU k 2 e e c 来脱离金属，剩下的是逸出后电子的最大初动能 。 h W E＝hν－W U = ν− 0 k 0 c e e 横轴截距表示：截止 ν 横轴截距表示截止频 频率 C；纵轴截距表 ν W 率 C；纵轴截距表示 示逸出功 0；斜率表 W h 0 h 示普朗克常数 。 e e ；斜率表示 。 四、原子的核式结构和光谱 1.电子的发现：英国物理学家.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。 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，极少数偏转 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。 4.用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 5.有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱，又叫原子的特征谱线。有的光谱是连在一起的 光带，叫作连续谱。 6.氢原子光谱的实验规律 1885年，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长满足公式＝R∞ 1 1 ( − ) 22 n2 (n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，这个公式称为巴耳末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末 系。 五．氢原子的能级跃迁 (1)玻尔理论 ①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。因此， 原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称 为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 ②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或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hν＝E－E(m＜n，h是普朗克常量)。 n m (2)氢原子的能级图 1．轨道量子化 (1)内容：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值． (2)轨道半径公式：r＝n2r，n＝1,2,3，…其中r＝0.053 nm， n 1 1 2．能量量子化 (1)内容：电子的可能轨道是不连续的，因此，原子的能量是量子化的． E E = 1 (2)能级公式： n n2 ，n＝1,2,3，…其中E＝－13.6 eV， 1 (3)1eV=1.6×10-19 J，1MeV=106eV。1m=103mm=106μm =109nm 3.轨道半径越大，能量越大，势能增加但动能减少。 4.一个电子从n能级往下跃迁，最多能释放出n-1种光子。从4能级到1能级释放3种光子。 C2 5.一群电子从n能级往下跃迁，最多能释放出 n种光子。从4能级到1能级释放6种光子。 6．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子跃迁时，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．若想把处于某一定态 上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离(即上升n＝∞)，其电离（可以理解为 发生光电效应）能为13.6 eV，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射 光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大． (2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收， 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝E－E)，就可使原子发生能级跃迁． n m 六．波粒二象性 1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。 (2)光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。 h p= λ (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。(4)光子的动量 。 2．1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联 ε h ν= λ= h p 系，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。所以实物粒子也具有波粒二象性。 ； ； 3.对光的本性认识的几个阶段 学说 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性 名称 代表 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦 公认 人物 能在真空中传播， 光电效应、 实验 光的直线传播 光的干 光既有波动现象，又有粒子特 是横波，光速等于 康普顿 依据 光的反射 涉、衍射 征 电磁波速度 效应 光是一 光是由一 内容 光是一群 光是一种 光是具有电磁本性的物质，既 种机械 份一份光 要点 弹性粒子 电磁波 有波动性又有粒子性 波 子组成的 第 5 章 原子核知识 一、天然放射现象和原子核的组成 (1)放射性与放射性元素：物质发出射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性γ元素。 (2)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射 α β 现象的发现，说明原子核内部是有结构的。放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 α射线、β射线、γ射 线。 (3)三种射线的比较 射线名称 α射线 β射线 γ射线 比较项目 光子流(高频电磁 组成 高速氦核流 高速电子流 波) 电荷量 2e －e 0 质量 4m M/1836 静止质量为零 p p 符号 He e γ 速度 可达0.1c 接近c c 垂直进入电场或磁场的偏转情况 偏转 偏转 不偏转 最弱，纸能挡 较强，穿几mm铝 穿透能力 最强，穿几cm铅板 住 板 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 (4)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。 (5)原子核常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数。 (6)原子核的电荷数＝核内的质子数＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数，原子核的质量数＝核内的核 子数＝质子数＋中子数，质子和中子都为一个单位质量。 (7)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同 位素，具有相同的化学性质。 二、放射性元素的衰变 1、原子核的衰变(1)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。原子核衰变时电荷 数和质量数都守恒。 (2)分类α衰变：X→Y＋He；β衰变：X→Y＋e。 注：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。 (3)两个重要的衰变①U→Th＋He；②Th→Pa＋e。 2．α衰变、β衰变和γ辐射的实质 (1)α衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成α粒子，并被释放出来。 1n→ 1H+ 0e (2)β衰变：核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子发射到核外。0 1 −1 (3)γ辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新 核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 m=m ×(1/2) n 3．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。剩余质量 0 ，n表示几个半衰期。 4．放射性的应用与防护 (1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 例如：Al＋He→P＋n，P→Si＋e。（居里夫人发现正电子） 有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类。 (2)应用：工业测厚，放射治疗，培优、保鲜，作为示踪原子等。 (3)防护：防止过量射线对人体组织的破坏。 三、核反应方程 1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。核反应中遵循 两个守恒规律，即质量数守恒和电荷数守恒。 2．衰变及核反应的三种类型的比较 类型 可控性 方程典例 α衰 自发 U→Th＋He 变 衰变 β衰 自发 Th→Pa＋e 变 14 N＋He→O＋H(卢瑟福发现质子) 人工转变 人工控制 7 He＋Be→C＋n(查德威克发现中子) 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n 轻核聚变 较难进行人工控制 H＋H→He＋n 四、核力、结合能、质量亏损 1．核力：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原 子核。特点①核力是强相互作用的一种表现； ②核力是短程力，作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小。 2．原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 3．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。 特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损表明， 的确存在着原子核的结合能。释放的能量 ΔE=Δmc2 五、核裂变和核聚变、裂变反应堆 1．重核裂变：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。特点①核 裂变过程中能够放出巨大的能量。②核裂变的同时能够放出2或3个中子。③核裂变的产物不是唯一的。对于铀 核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率非常小。 (3)典型的核裂变反应方程U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (4)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (5)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界 质量。 (6)核裂变的应用：原子弹、核反应堆。 (7)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、镉棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调节中子数目 以控制反应速度)、防护层。 2．轻核聚变 (1)定义两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 (2)特点①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大 3 ～4倍。②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。④自然界中核聚变反应 原料丰富。 (3)典型的核聚变反应方程H＋H→He＋n＋17.6 MeV。
