高考物理大一轮复习 专题九 碰撞与动量守恒 近代物理初步课件.ppt

专题九碰撞与动量守恒近代物理初步 体系构建 核心自查 一 动量守恒定律1 动量守恒的条件 1 系统 或系统所受 为零 2 系统所受的外力之和虽不为零 但比系统 小得多 可以忽略不计 如碰撞问题中的摩擦力 爆炸过程中的重力等 3 系统某一方向 或所受外力的 为零 或外力远小于 则系统在 动量守恒 不受外力 外力之和 内力 不受外力 矢量和 内力 该方向 2 三种表达式 1 p 2 m1v1 m2v2 3 p1 3 动量守恒定律的 四性 1 矢量性 定律的表达式是一个 解题时要规定 2 相对性 定律表达式中的 应相对于同一参考系 一般以 为参考系 p m1v 1 m2v 2 p2 矢量式 正方向 速度 地面 3 同时性 定律中的初态动量是系统中各物体在相互作用前 的瞬时值 末态动量是系统中各物体在相互作用后 的瞬时值 4 普适性 动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统 也适用于 组成的系统 不仅适用于宏观物体组成的系统 也适用于 组成的系统 同一时刻 同一时刻 多个物体 微观粒子 4 碰撞的种类及特点 守恒 相等 守恒 损失 守恒 大 二 能级跃迁1 氢原子的能级图 如图所示 1 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 2 横线左端的数字 1 2 3 表示 右端的数字 13 6 3 40 表示氢原子的 3 相邻横线间的距离 表示相邻的 量子数越大 相邻的能级差 4 带箭头的竖线表示原子由 能级向 能级跃迁 定态 量子数 能级 能级差 越小 较高 较低 2 跃迁分析 1 自发跃迁 高能级 低能级 能量 发出能量为 的光子 且h 2 受激跃迁 低能级 高能级 能量 光照 吸收光子 光子的能量等于能级差h 碰撞 加热等 只要入射粒子能量大于或等于能级差即可 e外 大于电离能的光子可被吸收将原子 3 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数 n 释放 h em en 吸收 e e 电离 三 原子核的衰变 核能1 原子核的衰变 2 2 质子 电子 电荷数 质量数 2 核反应方程 核能 1 核反应方程遵循的规律 守恒和 守恒 2 质能方程 一定的能量和一定的 相联系 物体的总能量和它的质量成 即e 3 核能的计算 根据爱因斯坦的质能方程 用核反应方程中 m kg 乘以真空中 c 3 108m s的平方 即 e 根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev能量 用核反应方程中 m 的原子质量单位乘以931 5mev 即 e m 质量数 电荷数 质量 正比 mc2 质量亏损 光速 mc2 质量亏损 931 5mev 四 光电效应及其方程1 光电效应的规律 1 任何一种金属都有一个 入射光的频率必须 此频率 才能产生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的 无关 只随入射光的频率增大而 3 入射光照射到金属板上时 光电子的发射几乎是 的 一般不大于10 9s 4 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的 成正比 极限频率 大于 强度 增大 瞬时 强度 2 光电效应方程 1 表达式 h 或ek 2 物理意义 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量的一部分用来克服金属的 剩下的表现为逸出后电子的 ek w0 h w0 逸出功w0 热点考向1 动量守恒定律的应用 典题训练1 如图所示 光滑水平面上静止放置着一辆平板车a 车上有两个小滑块b和c a b c三者的质量分别是3m 2m m b与车板之间的动摩擦因数为 而c与车板之间的动摩擦因数为2 开始时b c分别从车板的左 右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行 已知滑块b c最后都没有脱离平板车 则车的最终速度v车是 解题探究 1 对题意 最终速度 的理解 a b间 a c间存在摩擦力作用 a b c经过变速运动过程之后三者达到 此速度便是车最终的速度 2 研究对象和解题规律的选择 三者最后的速度相同 故研究对象应为 由于整体所受合外力为零 故应用 求解 共同的速度 a b c整体 动量守恒定律 解析 选b 以a b c为研究对象 a b与a c间的摩擦力为系统内力 合外力为零 系统动量守恒 以b的运动方向为正方向 则根据动量守恒定律有 2mv0 mv0 3m 2m m v车 得v车 v0 故选b 典题训练2 如图所示 放在光滑水平面上的两物体 它们之间有一个被压缩的轻质弹簧 用细线把它们拴住 已知两物体质量之比为m1 m2 2 1 把细线烧断后 两物体被弹开 速度大小分别为v1和v2 动能大小分别为ek1和ek2 则下列判断正确的是 a 弹开时 v1 v2 1 1b 弹开时 v1 v2 2 1c 弹开时 ek1 ek2 2 1d 弹开时 ek1 ek2 1 2 解题指导 解答本题应明确以下两个方面 1 以两物体和弹簧为研究对象 初动量为零 2 物体的动能与动量的关系式 解析 选d 由于两物体和弹簧构成系统 合外力为零 动量守恒 有0 m1v1 m2v2 因此v1 v2 m2 m1 1 2 a b错 由于两物体动量大小相等 方向相反 据可得ek1 ek2 m2 m1 1 2 c错d对 拓展提升 考题透视 该知识点为近几年高考的重点和热点 分析近几年的高考试题 涉及该知识点的命题有以下特点 1 考查两个物体相互作用或碰撞的动量守恒问题 2 考查三个物体相互作用的动量守恒问题 3 考查动量守恒定律与功能关系相结合的问题 借题发挥 应用动量守恒定律解题的步骤 1 选取研究系统和研究过程 2 分析系统的受力情况 判断系统动量是否守恒 3 规定正方向 确定系统的初 末状态的动量的大小和方向 4 根据动量守恒定律列方程求解 5 对求解的结果加以分析 验证和说明 通关题组 1 一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块a并留在其中 a b用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起 如图所示 则在子弹打击木块a及弹簧被压缩的过程中 对子弹 两木块和弹簧组成的系统 a 动量守恒 机械能守恒b 动量不守恒 机械能守恒c 动量守恒 机械能不守恒d 无法判定动量 机械能是否守恒 解析 选c 动量守恒的条件是系统不受外力或所受外力之和为零 本题中子弹 木块 弹簧组成的系统 水平方向上不受外力 竖直方向上所受外力之和为零 所以动量守恒 机械能守恒的条件是系统除重力 弹力做功外 其他力对系统不做功 本题中子弹穿木块瞬间有部分机械能转化为内能 发热 所以系统的机械能不守恒 故选项c正确 a b d错误 2 2013 泉州二模 如图所示 质量为m的盒子放在光滑的水平面上 盒子内表面不光滑 盒内放有一块质量为m的物体 某时刻给物体一个水平向右的初速度v0 那么在物体与盒子前后壁多次往复碰撞后 a 两者的速度均为零b 两者的速度总不会相等c 盒子的最终速度为 方向水平向右d 盒子的最终速度为 方向水平向右 解析 选d 由于盒子内表面不光滑 在多次碰撞后物体与盒子相对静止 b项错误 由动量守恒得 mv0 m m v 解得 v 故d项正确 a c项错误 热点考向2 氢原子能级跃迁 光电效应 典题训练3 关于光电效应 下列说法正确的是 a 当入射光的频率高于极限频率时 不能发生光电效应b 当入射光的波长小于极限波长时 能发生光电效应c 光电子的最大初动能与入射光的强度成正比d 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 解题指导 解答本题应明确以下两个方面 1 光子的能量与频率 波长的关系式 2 理解爱因斯坦的光电效应方程 解析 选b 发生光电效应的条件是入射光光子能量应大于金属表面的逸出功 则入射光频率大于极限频率 波长小于极限波长 a错b对 由爱因斯坦光电效应方程mvm2 h w0可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关 随入射光频率的增大而增大 而不是成正比 c d错 故选b 典题训练4 2013 贵阳二模 如图是氢原子的能级图 对于一群处于n 4的氢原子 下列说法中正确的是 a 这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁b 这群氢原子能够发出6种不同频率的光c 这群氢原子发出的光子中 能量最大为10 2evd 从n 4能级跃迁到n 3能级发出的光的波长最短 解题探究 1 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数n 2 处于n 4的氢原子向低能级跃迁时 哪两个能级间跃迁发出的光子能量最大 哪两个能级间跃迁发出的光子能量最小 提示 原子由高能级向低能级跃迁时 要释放能量 且满足h em en 故由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光子能量最小 解析 选b 氢原子由低能级向高能级跃迁时只能吸收特定频率的光子 选项a错误 处于n 4激发态的大量氢原子跃迁时 最多发出的光子种数为 6 选项b正确 这群氢原子发出的光子中 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 能量最大为12 75ev 选项c错误 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光子能量最小 所以频率最小 波长最长 选项d错误 拓展提升 考题透视 该知识点在近几年高考中频繁出现 分析近几年的高考试题 关于涉及该知识点的命题有以下特点 1 考查氢原子结构和能级公式 2 考查光电效应 极限频率等概念 借题发挥 解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧 1 每个氢原子每次跃迁能吸收或辐射一个特定频率的光子 2 一群原子和一个原子不同 它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类 3 计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时 注意能级的能量值均为负值 且单位为 ev 计算时要换算成 j 通关题组 1 关于原子结构的认识历程 下列说法正确的有 a 汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内b 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据c 对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核的道路d 玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象 说明玻尔提出的原子定态概念是错误的 解析 选b 卢瑟福通过 粒子散射实验设想原子内的正电荷集中在很小的核内 a错 对天然放射现象的研究开辟了探索原子核的道路 c错 玻尔理论有局限性 但不能说是错误的 d错 b说法是正确的 2 如图所示为氢原子能级图 可见光的光子能量范围约为1 62ev 3 11ev 下列说法正确的是 a 大量处在n 3的高能级的氢原子向n 3能级跃迁时 发出的光有一部分是可见光b 大量处在n 3能级的氢原子向n 2能级跃迁时 发出的光是紫外线 c 大量处在n 3能级的氢原子向n 1能级跃迁时 发出的光都应具有显著的热效应d 处在n 3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离 解析 选d 当处在n 3的高能级的氢原子向n 3能级跃迁时 放出光子的最大能量 e 1 51ev 故不可能为可见光 a错 当从n 3能级向n 2能级跃迁时 光子能量 e 3 4ev 1 51ev 1 89ev为可见光 b错 当从n 3能级向n 1能级跃迁时 光子能量 e 12 09ev在紫外区 无显著的热效应 c错 紫外线光子的能量h 3 11ev 大于处于n 3能级的氢原子的电离能 故d正确 热点考向3 核反应方程及核能的计算 典题训练5 2013 莆田二模 关于核衰变和核反应的类型 下列表述不正确的有 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 解析 选d 原子核放出 粒子或 粒子变成新的原子核 这种变化称为原子核的衰变 分别叫做 衰变和 衰变 a正确 d错误 b选项是卢瑟福发现质子的核反应 是人工转变 b正确 轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 称为聚变 c正确 拓展提升 考题透视 核反应方程及核能的计算在近几年高考中出现的频率较高 分析近几年的高考试题 关于涉及该知识点的命题有以下特点 1 考查核反应方程的填写 有关半衰期的计算 有关核能的计算 2 题型以选择题形式出现 难度较低 考查较细 3 注意重视与现代科技相联系的题目 借题发挥 解决核反应方程及核能计算的方法 1 掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律 2 掌握常见的主要核反应方程式 并知道其意义 3 熟记常见的基本粒子的符号 如质子 中子 粒子等 4 进行核能计算时注意单位的对应 若 m用kg作单位 则 e用j作单位 若 m用u作单位 则 e用ev作单位 且1u对应931 5mev 通关题组 1 含有铀 钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡 而氡会发生放射性衰变 放出 射线 这些射线会致使细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病 根据有关放射性知识可知 下列说法正确的是 a 氡的半衰期为3 8天 若取4个氡核 经过7 6天就只剩下一个氡原子核了b 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了4c 射线一般伴随着 或 射线产生 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电离能力也最强d 衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子所产生的 解析 选d 半衰期是一个统计规律 只对大量的原子核适用 a错 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了2 质子数减少了2 b错 射线一般伴随着 或 射线产生 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电离能力最弱 c错 衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子时所产生的 d对 2 2013 福州二模 一个静止的原子核经 衰变放出一个 粒子并生成一个新核 粒子的动能为e0 设衰变时产生的能量全部变成 粒子和新核的动能 则在此衰变过程中的质量亏损为 解析 选d 衰变时放出的核能 e mc2 而 e e0 ek 而衰变时由动量守恒有p p新 故ek 代入得 e e0 质量亏损d正确 a b c项错误 1 2013 三明二模 一炮艇总质量为m 以速度v0匀速行驶 从船上以相对海岸的水平速度v沿前进方向射出一质量为m的炮弹 发射炮弹后炮艇的速度为v 若不计水的阻力 则下列各关系式中正确的是 a mv0 m m v mvb mv0 m m v m v v0 c mv0 m m v m v v d mv0 mv mv 解析 选a 动量守恒定律必须相对于同一参考系 本题中的各个速度都是相对于地面的 不需要转换 发射炮弹前系统的总动量为mv0 发射炮弹后 炮弹的动量为mv 炮艇的动量为 m m v 所以动量守恒定律的表达式为mv0 m m v mv 故a正确 b c d错误 2 2013 厦门二模 正负电子对撞后湮灭成三个频率相同的光子 已知普朗克常量为h 电子质量为m 电荷量为e 电磁波在真空中传播速度为c 则生成的光子所形