高三物理二轮复习 专题二 能量、动量和原子物理 第3讲 原子物理和动量课件.ppt

核心专题突破 第一部分 第3讲原子物理和动量 专题二能量 动量和原子物理 栏目导航 题型一动量定理及其应用 命题规律动量定理是高考命题的热点 主要考查 1 动量定理的应用 2 动量定理结合其他知识的综合问题 方法点拨1 动量定理的应用技巧 1 应用i p求变力的冲量 若作用在物体上的作用力是变力 不能直接用ft求变力的冲量 则可求物体动量的变化 p 等效代换变力的冲量i 2 应用 p ft求恒力作用下物体的动量变化 若作用在物体上的作用力是恒力 则可求该力的冲量ft 等效代换动量的变化 2 应用动量定理解题的步骤 1 2016 全国卷 某游乐园入口旁有一喷泉 喷出的水柱将一质量为m的卡通玩具稳定地悬停在空中 为计算方便起见 假设水柱从横截面积为s的喷口持续以速度v0竖直向上喷出 玩具底部为平板 面积略大于s 水柱冲击到玩具底板后 在竖直方向水的速度变为零 在水平方向朝四周均匀散开 忽略空气阻力 已知水的密度为 重力加速度大小为g 求 1 喷泉单位时间内喷出的水的质量 2 玩具在空中悬停时 其底面相对于喷口的高度 突破点拨 1 根据水的密度 喷口的横截面s和流速v0求喷泉单位时间内喷出的水的质量 2 水柱冲击玩具底板后 在竖直方向水的速度变为零 在水平方向朝四周均匀散开 取 t内的质量 m 其竖直方向动量改变怎么求 3 水柱冲击到玩具底板瞬间速度跟初速度v0间的关系应依据什么规律确定 变式考法 在上述题1中 空气阻力及水的黏滞阻力均可忽略不计 喷水的功率定义为单位时间内喷口喷出水的动能 求喷泉喷水的功率 2 2017 全国卷 多选 一质量为2kg的物块在合外力f的作用下从静止开始沿直线运动 f随时间t变化的图线如图所示 则 a t 1s时物块的速率为1m sb t 2s时物块的动量大小为4kg m sc t 3s时物块的动量大小为5kg m sd t 4s时物块的速度为零解析根据f t图线与时间轴所围面积的物理意义为合外力f的冲量 可知在0 1s 0 2s 0 3s 0 4s内合外力冲量分别为2n s 4n s 3n s 2n s 应用动量定理i m v可知物块在1s 2s 3s 4s末的速率分别为1m s 2m s 1 5m s 1m s 物块在这些时刻的动量大小分别为2kg m s 4kg m s 3kg m s 2kg m s 则选项a b均正确 选项c d均错误 ab 3 2016 北京卷 1 动量定理可以表示为 p f t 其中动量p和力f都是矢量 在运用动量定理处理二维问题时 可以在相互垂直的x y两个方向上分别研究 例如 质量为m的小球斜射到木板上 入射的角度是 碰撞后弹出的角度也是 碰撞前后的速度大小都是v 如图甲所示 碰撞过程中忽略小球所受重力 分别求出碰撞前后x y方向小球的动量变化 px py 分析说明小球对木板的作用力的方向 2 激光束可以看作是粒子流 其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动 激光照射到物体上 在发生反射 折射和吸收现象的同时 也会对物体产生作用 光镊效应就是一个实例 激光束可以像镊子一样抓住细胞等微小颗粒 一束激光经s点后被分成若干细光束 若不考虑光的反射和吸收 其中光束a和b穿过介质小球的光路如图乙所示 图中o点是介质小球的球心 入射时光束a和b与so的夹角均为 出射时光束均与so平行 请在下面两种情况下 分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向 光束a和b强度相同 光束a比b强度大 解析 1 x方向的动量变化 px mvx2 mvx1 mvsin mvsin 0 y方向的动量变化 py mv2y mv1y mvcos mvcos 2mvcos 根据动量定理 p f t 物体受力的方向与动量变化的方向相同 小球在x方向动量变化为零 则不受力 在y方向受到竖直向上的作用力 根据牛顿第二定律 小球对木板的作用力沿y轴负方向 2 仅考虑光的折射 设 t时间内每束光穿过小球的粒子数为n 每个粒子动量大小为p 这些粒子进入小球前so方向上的总动量p1 2npcos 从小球出射时的总动量为p2 2np p1 p2的方向均沿so方向 根据动量定理f t p2 p1 2np 1 cos 0 可知小球对这些粒子的作用力f的方向沿so向右 根据牛顿第三定律 两光束对小球的合力的方向沿so向左 建立如图所示的oxy直角坐标系 x方向 根据 2 同理可知 两光束对小球的作用力沿x轴负方向 y方向 设 t时间内 光束a穿过小球的粒子数为n1 光束b穿过小球的粒子数为n2 n1 n2 这些粒子进入小球前的总动量为p1y n1 n2 psin 从小球出射时的总动量为p2y 0 根据动量定理fy t p2y p1y n1 n2 psin 可知小球对这些粒子的作用力fy的方向沿y轴负方向 根据牛顿第三定律 两光束对小球的作用力f y沿y轴正方向 所以两光束对小球的合力的方向指向左上方 答案 1 02mvcos 见解析 2 见解析 1 动量定理的正交分解式ix fxt mv x mvx iy fyt mv y mvy 2 对于连续流体应用动量定理 确定小段时间 t的连续体为研究对象 写出 t内的质量 m与 t的关系式 分析连续 m的受力情况和动量变化 用动量定理列方程 求解 题型二动量守恒定律的应用 命题规律动量守恒定律是高考常考的热点 高考多以计算题出现 难度中等 主要考查 1 两个物体或三个物体相互作用的动量守恒问题 2 碰撞过程动量守恒与机械能问题结合 方法点拨1 动量守恒定律的解题步骤 1 明确研究对象 即系统的组成 研究过程 2 分析受力 判断动量是否守恒 3 规定正方向 确定初 末状态的动量 4 列方程 求解或讨论 1 2017 天津卷 如图所示 物块a和b通过一根轻质不可伸长的细绳相连 跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧 质量分别为ma 2kg mb 1kg 初始时a静止于水平地面上 b悬于空中 现将b竖直向上再举高h 1 8m 未触及滑轮 然后由静止释放 一段时间后细绳绷直 a b以大小相等的速度一起运动 之后b恰好可以和地面接触 取g 10m s2 空气阻力不计 求 1 b从释放到细绳刚绷直时的运动时间t 2 a的最大速度v的大小 3 初始时b离地面的高度h 突破点拨 1 b从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动 2 细绳绷直瞬间 细绳张力远大于a b的重力 a b的相互作用使两物体获得共同速度大小 可等效于发生 完全非弹性碰撞 存在动能损失 但可以认为 动量守恒 3 a b一起运动 b恰好可以和地面接触 说明此时a b速度为零 这一过程a b组成的系统机械能守恒 3 2017 江西五校模拟 打台球既可以锻炼身体 又能培养人的判断力 从而受到很多人的喜爱 现简化打台球过程为如图中所示模型 在足够长的光滑水平面上 放置三个大小相同的小球a b c 三个小球位于同一直线上 a位于b c之间 已知小球a的质量为m 小球b和小球c的质量均为m 开始三个小球均处于静止状态 如图所示 现突然给小球a一个初速度使其向右运动 如果让小球a仅能与小球b c只发生一次碰撞 则小球a的质量m和小球b和c的质量m之间应满足什么条件 设三个小球间的碰撞没有机械能损失 利用动量和能量观点解题的技巧 1 若研究对象为一个系统 应优先考虑应用动量守恒定律和能量守恒定律 2 动量守恒定律和能量守恒定律都只考查一个物理过程的初 末两个状态 对过程的细节不予追究 3 注意挖掘隐含条件 根据选取的对象和过程判断动量和能量是否守恒 题型三光电效应能级跃迁 命题规律光电效应和能级跃迁是高考命题的两个热点 题型多为选择题或填空题 主要考查 1 光电效应规律及光电效应方程的应用 2 氢原子的能级公式及跃迁规律 方法点拨1 处理光电效应问题的两条线索一是光的频率 二是光的强度 两条线索对应的关系是 1 光强 光子数目多 发射光电子数多 光电流大 2 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 2 光电效应的两个图象 1 ek 曲线如图甲所示的是光电子最大初动能ek随入射光频率 的变化曲线 由ek h w0可知 横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率 纵轴上的截距是金属的逸出功的负值 斜率为普朗克常量 2 i u曲线如图乙所示的是光电流强度i随光电管两极板间电压u的变化曲线 图中im为饱和光电流 uc为遏止电压 1 2017 全国卷 多选 在光电效应实验中 分别用频率为 a b的单色光a b照射到同种金属上 测得相应的遏止电压分别为ua和ub 光电子的最大初动能分别为eka和ekb h为普朗克常量 下列说法正确的是 a 若 a b 则一定有ua b 则一定有eka ekbc 若ua b 则一定有hva eka h b eka bc 突破点拨 1 单色光a b照射同种金属上 表面金属的逸出功相同 2 明确光电子的最大初动能跟遏止电压之间的关系 解析设该金属的逸出功为w 根据爱因斯坦光电效应方程有ek h w 同种金属的w不变 则逸出光电子的最大初动能随 的增大而增大 b项正确 又ek eu 则最大初动能与遏止电压成正比 c项正确 根据上述有eu h w 遏止电压u随 增大而增大 a项错误 又有h ek w w相同 则d项错误 变式考法 2017 北京丰台区二模 用某种频率的光照射锌板 使其发出光电子 为了增大光电子的最大初动能 下列措施可行的是 a 增大入射光的强度b 增加入射光的照射时间c 换用频率更高的入射光照射锌板d 换用波长更长的入射光照射锌板 c 2 2017 陕西西安模拟 氢原子能级的示意图如图所示 大量氢原子从n 4的能级向n 2的能级跃迁时辐射出可见光a 从n 3的能级向n 2的能级跃迁时辐射出可见光b 则下列说法错误的是 a a光的光子能量大于b光的光子能量b 氢原子从n 4的能级向n 3的能级跃迁时会辐射出紫外线c 处于能级n 4的电子的动能小于能级n 2的动能d 若b光可使某金属材料发生光电效应 则a光一定也可使该金属发生光电效应 b 3 2017 江西南昌模拟 多选 如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 直线与横轴的交点的横坐标为4 27 与纵轴的交点的纵坐标为0 5 图乙是氢原子的能级图 下列说法正确的是 abd a 该金属的极限频率为4 27 1014hzb 根据该图线能求出普朗克常量c 该金属的逸出功为0 5ev d 用n 3能级的氢原子跃迁到n 2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应e 用频率 5 5 1014hz的光照射该金属时 该金属发出的光电子去激发处于n 2能级的氢原子 可能使氢原子跃迁到n 3能级 解析 1 根据爱因斯坦光电效应方程ek h w0可知 ek 图象在横轴上的截距等于该金属发生光电效应的极限频率 0 由图甲知该金属的极限频率 0 4 27 1014hz 该金属的逸出功w0 h 0 6 63 10 34 4 27 1014j 2 83 10 19j 1 77ev 选项a正确 c错误 根据光电效应方程ek h w0可知图线的斜率表示普朗克常量 根据该图线可求出普朗克常量 选项b正确 氢原子从n 3能级跃迁到n 2能级释放的光子具有的能量e 1 89ev 这个能量大于该金属的逸出功w0 1 77ev 选项d正确 用频率 5 5 1014hz的光照射该金属时 该金属发生光电效应释放出来的光电子的最大初动能为ek 0 5ev 用该金属发出的光电子去激发n 2能级的氢原子 不能使氢原子跃迁到n 3能级 选项e错误 利用光电效应分析问题应把握的三个关系 1 爱因斯坦光电效应方程ek h w0 2 光电子的最大初动能ek可以利用光电管用实验的方法测得 即ek euc 其中uc是遏止电压 3 光电效应方程中的w0为逸出功 它与金属的极限频率 c的关系是w0 h c 题型四核反应和核能 命题规律核反应及核能在近几年高考出现的频率较高 主要考查 1 三种射线的特征和核反应方程的书写 2 半衰期的计算和核反应释放核能的计算 3 对结合能及质能方程的理解和应用 大于 突破点拨解答本题时应明确以下三点 1 核反应方程中 质量数与电荷数守恒 2 明确质量亏损 m的计算方法 3 核反应释放的能量q e m c2 即q与 m成正比 解析核反应方程中 反应前后质量数和电荷数守恒 所以x的质量数15 1 12 4 电荷数1 7 6 2 所以x为he 据q e mc2 经过计算 m1 0 0021u m2 0 0053u 则可以知道q2 q1 变式考法 1 计算上述题1中q1 q2的大小 1原子质量单位u相当于931 5mev能量 解析经过计算 m1 0 0021u m2 0 0053u q1 0 0021 931 5mev 1 956mevq2 0 0053 931 5mev 4 937mev答案1 965mev4 937mev a 3 7mevb 3 3mevc 2 7mevd 0 93mev解析1氘核聚变反应的质量亏损为 m 2 2 0136u 3 0150u 1 0087u 0 003