高考物理二轮复习 第1部分 核心突破 专题2 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 专题二能量 动量和原子物理 第3讲原子物理和动量 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 题型一动量定理及其应用 方法点拨 1 用动量定理解题的基本思路 1 确定研究对象 一般为单个物体 2 进行受力分析 求每个力的冲量 再求合冲量或先求合力 再求其冲量 3 分析过程找初 末状态 选取正方向 确定初 末状态的动量和各冲量的正负 4 列方程 根据动量定理列方程求解 2 对过程较复杂的运动 可分段用动量定理 也可整个过程用动量定理 1 2016 全国卷乙 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 2 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 a 分别求出碰撞前后x y方向小球的动量变化 px py b 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 和 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 和 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 a 光束 和 强度相同 b 光束 比 强度大 解析 1 a x方向的动量变化 px mvx2 mvx1 mvsin mvsin 0 y方向的动量变化 pg mv2y mv1y mvcos mvcos 2mvcos b 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轴方向 2 a 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 2npp1 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 b 建立如图所示的oxy直角坐标系 x方向 根据 2 a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 穿过小球的粒子数为n1 光束 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 1 动量定理的正交分解式ix fxt mv x mvxiy fyt mv y mvy2 对于连续流体应用动量定理 1 确定小段时间 t的连续体为研究对象 2 写出 t内的质量 m与 t的关系式 3 分析连续 m的受力情况和动量变化 4 用动量定理列方程 5 求解 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 题型二动量守恒定律的应用 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 定正方向 确定初 末状态的动量 4 列方程 求解或讨论 结论 1 当m1 m2时 v 1 0 v 2 v1 碰撞后交换了速度 2 当m1 m2时 v 1 0 v 2 0 碰撞后都向前运动 3 当m10 碰撞后质量小的球反弹 突破点拨 1 两次碰撞时间极短 说明碰撞过程中动量守恒 2 根据第1次碰后数据 可求a碰前速度 根据动能定理可求a与水平轨道的动摩擦因数或克服摩擦力做的功 同理可求第2次碰前b的速度 变式考法 在上述题中 求两次碰撞中损失的机械能之比 2 2015 全国卷 如图 在足够长的光滑水平面上 物体a b c位于同一直线上 a位于b c之间 a的质量为m b c的质量都为m 三者均处于静止状态 现使a以某一速度向右运动 求m和m之间应满足什么条件 才能使a只与b c各发生一次碰撞 设物体间的碰撞都是弹性的 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 3 2 突破点拨 1 要明确氢原子处于n 3的激发态在跃迁过程中 可发出 种频率的光 2 由能级示意图可计算发出各种光子的 变式考法 在上述题中 求电子从金属钠表面逸出时所需的最小能量是多少 解析 逸出功为2 49ev 表明使金属钠发生光电效应的光子的最小能量 即电子从金属钠表面逸出时所需的最小能量为2 49ev 2 2015 南昌模拟 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 填正确答案标号 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 5evd 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 2 明确质量亏损 m的计算方法 3 核反应释放的能量 q e 即q与 m成 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 9