高考物理 热点预测 9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 三年考情 命题分析 综合分析近三年的各地高考题 高考命题在本专题主要涉及以下规律 1 本部分内容在高考中以选择 填空 实验和计算等各种形式出现 难度中等 2 高考命题主要围绕着以下考点进行 1 动量及动量守恒定律 2 光电效应 3 原子能级跃迁 4 原子核的衰变和人工转变 5 核能 备考策略 根据近三年高考命题特点和规律 可以预测2013年的高考考查重点如下 1 考查原子核 光电效应 2 考查氢原子的能级结构 能级公式 3 考查碰撞中的动量守恒 在重点复习以上知识的同时 需注意以下三点 1 重视基本概念和规律的理解 2 抓住动量守恒定律和原子核反应两条主线 3 加强对质能方程 玻尔理论及光电效应等关键点适度深入的复习 复习本专题时 同时要注意以下三点 1 动量守恒定律的应用方法 2 光电效应规律 3 原子核衰变规律 考纲资讯 动量动量守恒定律 验证动量守恒定律 实验 探究 弹性碰撞和非弹性碰撞 普朗克能量子假说黑体和黑体辐射 光电效应 光的波粒二象性物质波 原子核式结构模型 氢原子光谱 原子的能级 原子核的组成 原子核的衰变半衰期 放射性的应用与防护放射性同位素 核力与结合能质量亏损 核反应方程 重核裂变核聚变 考情快报 1 考查原子的核式结构 玻尔理论 原子核的衰变 质能方程 核反应方程 动量 动量守恒定律等知识点 2 预计2013年高考对该讲的考查主要是 1 考查动量守恒问题 2 考查原子核及核反应方程 玻尔理论 3 考查光电效应 爱因斯坦光电效应方程 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 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 受外力之和 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 正方向 速度 地面 矢量式 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 光速 mc2 质量亏损 931 5mev 质量亏损 四 光电效应及其方程1 研究光电效应的电路 如图所示2 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 极限频率 大于 强度 增大 瞬时 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 3 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 强度 ek w0 h w0 逸出功w0 最大初动能 热点考向1 动量守恒定律的应用 典题训练1 2012 山东高考 光滑水平轨道上有三个木块a b c 质量分别为ma 3m mb mc m 开始时b c均静止 a以初速度v0向右运动 a与b碰撞后分开 b又与c发生碰撞并粘在一起 此后a与b间的距离保持不变 求b与c碰撞前b的速度大小 解析 设a与b碰撞后 a的速度为va b与c碰撞前b的速度为vb b与c碰撞后粘在一起的速度为v 由动量守恒定律得对a b木块 mav0 mava mbvb 对b c木块 mbvb mb mc v 由a与b间的距离保持不变可知va v 联立 式 代入数据得 答案 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主要为考查两个物体相互作用或碰撞的动量守恒问题 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 创新预测 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 如图所示 一质量m 3 0kg的长方体木板b放在光滑水平地面上 在其右端放一质量m 1 0kg的小木块a 现以地面为参照系 给a和b以大小均为4 0m s 方向相反的初速度 使a开始向左运动 b开始向右运动 但最后a并没有滑离木板b 站在地面的观察者看到在一段时间内小木块a正在做加速运动 则在这段时间内的某时刻木板b相对地面的速度大小可能是 a 2 4m sb 2 8m sc 3 0m sd 1 8m s 解析 选a a相对地面速度为0时 木板的速度为v1 由动量守恒得 向右为正 mv mv mv1 得 木块从此时开始向右加速 直到两者有共同速度为v2 由动量守恒得 mv mv m m v2 得 v2 2m s 故b对地面的速度在2m s 范围内 所以a正确 b c d错误 热点考向2 氢原子能级结构及原子跃迁 典题训练2 2011 新课标全国卷 在光电效应实验中 某金属的截止频率相应的波长为 0 该金属的逸出功为 若用波长为 0 的单色光做实验 则其遏止电压为 已知电子的电荷量 真空中的光速和普朗克常量分别为e c和h 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 先由爱因斯坦光电效应方程计算出逸出功 再由遏止电压与光电子最大初动能的关系及光电效应方程 可求出遏止电压 解析 由又eu ek 且ek h w0 所以答案 典题训练3 2012 中山二模 大量氢原子处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 其能量值分别是 1 89ev 10 2ev 12 09ev 跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上 其中最高能级的能量值是 ev 基态能量为 13 6ev 解题指导 解答本题时应按以下思路分析 1 结合氢原子能级图求能级 2 根据跃迁放射出的能量及基态能量计算最高能级能量值 解析 由于大量氢原子处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 可知氢原子处于最高能级是n 3 跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上 由e3 13 6ev 12 09ev 得最高能级的能量值是e3 1 51ev 答案 2 1 51 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 创新预测 1 2012 南昌二模 如图所示 氢原子在下列各能级间跃迁 1 从n 1到n 2 2 从n 5到n 3 3 从n 4到n 2 在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用 1 2 3表示 波长 1 2 3大小的顺序是 a 1 2 3b 1 3 2c 3 2 1d 2 3 1 解析 选b 由玻尔理论 从n 1到n 2能级差最大 在跃迁过程中辐射的电磁波的波长最小 从n 5到n 3能级差最小 在跃迁过程中辐射的电磁波的波长最大 即 1 3 2 选项b正确 2 现用下列几种能量的光子的光照射处于基态的氢原子 a 10 25evb 12 09evc 12 45ev则能被氢原子吸收的光子是 填序号 氢原子吸收该光子后可能产生 种频率的光子 氢原子能级图为 解析 能被氢原子吸收的光子能量恰好等于两能级差 所以是b 氢原子吸收该光子后跃迁到n 3能级上 可能产生种频率的光子 答案 b3 热点考向3 核反应方程及核能的计算 典题训练4 2012 黄山二模 关于核衰变和核反应的类型 下列表述正确的有 a 是 衰变b 是 衰变c 是轻核聚变d 是重核裂变 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 解析 选a c 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项正确 d项错误 b选项是卢瑟福发现质子的核反应 不是 衰变 b项错误 轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 称为聚变 c项正确 典题训练5 2012 新课标全国卷 氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量 该反应方程为 式中x是某种粒子 已知 和粒子x的质量分别为2 0141u 3 0161u 4 0026u和1 0087u c是真空中的光速 由上述反应方程和数据可知 粒子x是 该反应释放出的能量为 mev 结果保留3位有效数字 解题指导 解答本题应明确以下两点 1 根据核电荷数守恒和质量数守恒书写核反应方程 2 根据爱因斯坦质能方程计算反应释放的能量 解析 根据质量数和电荷数守恒可得x是 中子 核反应中的质量亏损为 m 2 0141u 3 0161u 4 0026u 1 0087u 0 0189u所以该反应释放出的能量为 e m c2 17 6mev答案 或中子 17 6 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 题型主要以选择题形式出现 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 创新预测 1 据调查每年有280万人直接或者间接死于装修污染 装修污染已经被列为 危害群众最大的五种环境污染 之一 目前 在居室装修中经常用到的花岗岩 大理石等装修材料 都不同程度地含有放射性元素 例如 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 2012 安庆一模 三个原子核x y z x核放出两个正电子后变为y核 y核与质子发生核反应后生成z核并放出一个氦则下面说法正确的是 a x核比y核多一个质子b x核比z核少一个中子c x核的质量数比z核质量数大3d x核与z核的总电荷是y核电荷的4倍 解析 选c 由上述过程列出核反应方程得 即x核比y核多两个质子 选项a错误 x核的中子数是 n m z核的中子数是 n m 选项b错误 由上面两个核反应方程可知x核的质量数 n 比z核质量数 n 3 大3 选项c正确 若x核与z核的总电荷数 2m 3 等于y核电荷数 m 2 的4倍 解得m不是整数 所以选项d错误 1 2012 苏北三校模拟 1 下列说法正确的是 a 电子的衍射现象说明实物粒子的波动性b 235u的半衰期约为7亿年 随地球环境的变化 半衰期可能变短c 原子核内部某个质子转变为中子时 放出 射线d 氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时 要释放一定频率的光子 同时电子的动能增加 电势能减小 2 美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池 它是采用铜和半衰期为100年的放射性同位素镍63 ni 两种金属作为长寿命电池的材料 利用镍63 ni 发生一次 衰变成铜 cu 同时释放电子给铜片 用镍63 ni 铜片做电池两极 16g镍63经过400年还有 g尚未衰变 3 一个静止的放出一个速度为v1的粒子 同时产生一个新核并释放出频率为 的 光子 写出该核反应方程式 求出这个核反应中产生的新核的速度v2 不计光子的动量 解析 1 选a d 衍射现象是波特有的 a项正确 半衰期由原子核本身决定 与外界无关 b项错误 原子核内部某个质子转变为中子时 放出正电子 c项错误 氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时 要释放一定频率的光子 因为轨道半径变小 所以电场力做正功 电子的动能增加 电势能减小 d项正确 2 400年对应的半衰期数为剩余质量为 3 由动量守恒 4v1 222v2则答案 1 a d 2 1 3 0 018v1 2 2012 盐城二模 1 如果下列四种粒子具有相同的动能 则德布罗意波长最大的是 a 电子b 中子c 质子d 粒子 2 氢原子的部分能级如图所示 已知可见光的光子能量在1 62ev到3 11ev之间 则处于基态的氢原子 选填 可以 或 不可以 吸收多个可见光光子使其向高能级跃迁 氢原子从高能级向基态跃迁时 发出的光波波长比可见光波长 选填 长 短 或 相等 3 在光滑水平面上 一质量为3kg 速度大小为5m s的a球与质量为6kg静止的b球对心碰撞 碰后b球的速度大小为3m s 求碰后a球的速度 解析 1 根据德布罗意方程可知 在动能相同的前提下 质量越小 波长越大 故a项正确 2 由氢原子的能级图可知 处于基态的氢原子能向较高能级发生跃迁 至少要吸收10 2ev的光子 反之 从较高能级向基态跃迁时 所发出的光子能量也一定比可见光大 波长就较短 3 由mava mav a mbv b 代入可得v a 1m s 答案 1 a 2 不可以短 3 1m s 方向与初速度方向相反 3 2012 扬州二模 1 下列说法中正确的是 a 汤姆孙发现了电子 并首先提出原子的核式结构模型b 玻尔理论指出氢原子能级是分立的 所以原子发射光子的频率也是不连续的c 贝可勒尔发现天然放射现象说明原子核是由质子和中子组成的d 黑体辐射的强度与温度高低无关 2 如图所示电路可研究光电效应规律 图中标有a和k的为光电管 其中a为阴极 k为阳极 理想电流计可检测通过光电管的电流 理想电压表用来指示光电管两端的电压 现接通电源 用光子能量为10 5ev的光照射阴极k 电流计中有示数 若将滑动变阻器的滑片p缓慢向右滑动 电流计的读数逐渐减小 当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零 读出此时电压表的示数为6 0v 则光电管阴极材料的逸出功为 现保持滑片p位置不变 若用光子能量为12ev的光照射阴极k 光电子的最大初动能 选填 增大 减小 或 不变 3 关于人类对原子核的研究 历史上曾用 粒子轰击氮14发现了质子 设 粒子的运动方向为正方向 已知碰撞前氮14静止不动 粒子速度为v0 3 107m s 碰撞后氧核速度为v1 0 8 107m s 碰撞过程中各速度始终在同一条直线上 请写出这个核反应的方程式 并求碰撞后质子的速度大小 保留两位有效数字 解析 1 选b 汤姆孙发现了电子 卢瑟福首先提出原子的核式结构模型 a项错误 玻尔理论指出氢原子能级是分立的 推理出原子发射光子的频率也是不连续的 b项正确 贝可勒尔发现天然放射现象说明原子核有复杂的结构 不能说明由质子和中子组成 c项错误 黑体辐射的强度与温度高低有关 d项错误 2 当光子能量为10 5ev 光电子的最大初动能为ek eu 6ev 由光电效应方程ek h w 得逸出功为w h ek 10 5ev 6ev 4 5ev 金属的逸出功不随入射光的能量改变而改变 当入射光的能量增加时 光电子的最大初动能也增加 3 系统的总动量守恒mhev0 mov1 mhvv 1 6 107m s质子的速度大小为1 6 107m s答案 1 b 2 10 5ev增大 3 1 6 107m s 4 2012 苏锡常镇二模 1 按照玻尔原子模型 氢原子辐射出一个光子后 则 a 电子绕核旋转半径增大b 氢原子的电势能增大c 原子的能量值增大d 电子的动能增大 2 如图所示是工业生产中常用的光控继电器示意图 它由电源 光电管a 放大器 电磁继电器等部分组成 用绿光照射光电管阴极k时 恰能发生光电效应 要能在电路中形成电流 图中b端应是电源的 极 如改用强度比绿光小的蓝光照射 电路中 选填 能 或 不能 形成电流 3 在真空中 一个原来静止的发生衰变后变成一个并放出一个动能为e1的粒子 写出衰变的核反应方程 如衰变时产生的能量全部以动能的形式释放 真空中的光速为c 原子核的质量之比等于质量数之比 求衰变过程中总的质量亏损 解析 1 氢原子辐射出一个光子后 能量减小 电子从高能级进入低能级 轨道半径减小 电子绕行的速度增大 电场力做正功 动能增大 电势能减小 所以d项正确 2 要使电路中形成电流 打出的光电子应该在电场中加速奔向