2014届高考物理大二轮复习与测试课件： 选修3-5 动量守恒和原子结构、原子核.ppt

1 高考常考内容本专题考查的主要内容有 弹性碰撞与非弹性碰撞 动量守恒定律及其应用 氢原子光谱 原子能级结构 能级公式 原子核的组成 衰变 半衰期 光电效应方程及应用 核反应方程及结合能等 2 常考题型特点从近几年新课标全国卷来看 本专题的考查内容有四个方面 玻尔理论 光电效应 核反应和质能方程以及动量守恒定律 前三方面的内容以填空题和选择题形式出现 是小题 分值为5分或6分 动量守恒定律单独或者与能量相结合是一道计算题 是大题 分值为9分或10分 2 如图 光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A B C B的左侧固定一轻弹簧 弹簧左侧的挡板质量不计 设A以速度v0朝B运动 压缩弹簧 当A B速度相等时 B与C恰好相碰并粘接在一起 然后继续运动 假设B和C碰撞过程时间极短 求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中 整个系统损失的机械能 弹簧被压缩到最短时的弹性势能 解析 1 原子核分解成自由核子时 需要的最小能量就是原子核的结合能 选项A正确 重核衰变时释放能量 衰变产物更稳定 即衰变产物的比结合能更大 衰变前后核子数不变 所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 选项B正确 铯核的核子数比铅核的核子数少 其结合能也小 选项C正确 比结合能越大 原子核越稳定 选项D错误 自由核子组成原子核时 需放出能量 因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能 选项E错误 2 A B碰撞时动量守恒 能量也守恒 而B C相碰粘接在一块时 动量守恒 系统产生的内能则为机械能的损失 当A B C速度相等时 弹性势能最大 从A压缩弹簧到A与B具有相同速度v1时 对A B与弹簧组成的系统 由动量守恒定律得mv0 2mv1 1 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应 即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出 强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识 用强激光照射金属 由于其光子密度极大 一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能 从而形成多光子光电效应 这已被实验证实 光电效应现象与动量守恒定律的组合题 2 如图所示 光滑水平面上放置着质量均为M 2kg的甲 乙两辆小车 两车之间通过一感应开关相连 当滑块滑过感应开关时 两车自动分离 其中甲车上表面光滑 乙车上表面与滑块P之间的动摩擦因数 0 5 一根通过细线拴着而被压缩的轻质弹簧固定在甲车的左端 质量m 1kg的滑块P 可视为质点 与弹簧的右端接触但不相连 弹簧原长小于甲车长度 整个系统处于静止 现剪断细线 已知滑块P刚滑上乙车时 滑块相对地面的速度v1 4m s 且滑块P最终没有滑离乙车 求滑块P在乙车上滑行的距离 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 1 1 光电效应实验中 下列表述正确的是 A 光照时间越长光电流越大B 入射光足够强就可以有光电流C 遏止电压与入射光的频率有关D 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 2 如图所示 质量为m2 10kg的滑块静止于光滑水平面上 一小球m1 5kg 以v1 10m s的速度与滑块相碰后以2m s的速率被弹回 求碰撞过程中小球动量的变化量 通过计算说明这次碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞 解析 1 由爱因斯坦光电效应方程知 只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子 光电流几乎是瞬时产生的 其大小与光强有关 与光照时间长短无关 易知eUc Ek h W0 其中Uc为遏止电压 Ek为光电子的最大初动能 W0为逸出功 为入射光频率 由以上分析知 A B错误 C D正确 答案 1 CD 2 60kg m s 非弹性碰撞 1 氢原子的能级如图所示 某氢原子从能级n 3向n 1跃迁时所放出的光子 恰好可以使某种金属材料发生光电效应 现用一群处于n 4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属 则从该金属表面逸出的光电子的最大初动能为 A 0 56eVB 0 66eVC 10 12eVD 12 09eV 氢原子能级和动量守恒定律的组合题 2 如图所示 质量为m的小物块Q 大小不计 位于质量为M的平板车P的左端 系统原来静止在光滑水平面上 一不可伸长的轻质细绳长为R 一端悬于Q正上方高为R处 另一端系一质量也为m的小球 大小不计 今将小球拉至悬线与竖直方向成60 角的位置 由静止释放 小球到达最低点时与Q发生碰撞 且碰撞时间极短 无能量损失 已知Q离开平板车时速度大小是平板车速度的2倍 Q与P之间的动摩擦因数为 M m 4 1 重力加速度为g 求 小物块Q离开平板车时的速度大小 平板车P的长度 解析 1 氢原子从n 3到n 1放出的光子能量E1 h 1 12 09eV 由光电效应方程可知金属逸出功W h 1 12 09eV 氢原子从n 4到n 1放出的光子能量E2 h 2 12 75eV 由光电效应方程Ek h 2 W 0 66eV 对比各选项可知答案选B 2 1 如图为氢原子的能级图 大量处于n 4激发态的氢原子跃迁时 发出多个能量不同的光子 其中频率最大的光子能量为 eV 若用此光照射到逸出功为2 75eV的光电管上 则加在该光电管上的遏止电压为 V 解析 1 当氢原子从n 4激发态的能级直接跃迁到第一能级时发出的光子能量最大 频率最大 则由h E4 E1可求得 h 12 75eV根据 h 2 75eV eU 0可得U 10V 核反应 核能与动量守恒定律应用的结合 2 2012年 各国军队军事演习频繁 在某次演习中 有一门旧式大炮在平坦的地面上 可看作光滑 以v 5m s的速度匀速前进 炮身质量为M 1000kg 现将一质量为m 25kg的炮弹 以相对炮身的速度大小u 600m s与v反向水平射出 求射出炮弹后炮身的速度v 答案 1 AD 2 19 63m s 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 2 在同一平直钢轨上有A B C三节车厢 质量分别为m 2m 3m 速率分别为v v 2v 其速度方向如图所示 若B C车厢碰撞后 粘合在一起 然后与A车厢再次发生碰撞 碰后三节车厢粘合在一起 摩擦阻力不计 求最终三节车厢粘合在一起的共同速度 1 1 从物理学的角度来看 以下说法正确的是 A 福岛核电站的爆炸是高温高压作用下产生的氢气发生了核聚变B 核污染主要是指核反应过程中会放出一些放射性同位素能长时期存在于周围环境中C 核辐射主要是指核反应过程中所释放出的 射线 射线和 射线D 防化人员所穿的防化服主要是防止 射线 射线对人体的伤害 2 如图所示 木板A的质量mA 1kg 足够长的木板B的质量mB 4kg 质量mC 4kg的木块C置于木板B上 水平面光滑 B C之间有摩擦 现使A以v0 12m s的初速度向右运动 与B碰撞后以4m s的速度弹回 取g 10m s2 求B运动过程中的最大速度大小 碰撞后C在B上滑行了2m 求B C之间的动摩擦因数 解析 1 氢气爆炸是化学反应 不是核反应 A错误 核污染主要是放射性污染 其产生的 射线 射线 射线对人体都有伤害 B C正确 防化服主要是防止危险性化学物品和腐蚀性物质对人体的伤害 D错误 2 A与B碰后瞬间 B的速度最大 取A B系统为研究对象 A B系统动量守恒 取向右为正方向 有 mAv0 0 mAvA mBvB代入数据得 vB 4m s 2 1 用频率为 的光照射某金属材料表面时 发射的光电子的最大初动能为E 若改用频率为2 的光照射该材料表面时 发射的光电子的最大初动能为 要使该金属发生光电效应 照射光的频率不得低于 用题中物理量及普朗克常量h的表达式回答 2 质量为M的箱子静止于光滑的水平面上 箱子中间有一质量为m的小物块 初始时小物块停在箱子正中间 如图所示 现给小物块一水平向右的初速度v 小物块与箱壁多次碰撞后停在箱子中 求系统损失的机械能 3 1 研究光电效应时 用频率相同 强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板 阴极K 钠极板发射出的光电子被阳极A吸收 在电路中形成光电流 光电流I与A K之间的电压UAK的关系 如图所示 根据遏止电压 图中的Uc 可以推算出的量是 A 钠发生光电效应的极限频率B 钠在这种频率的光照射下的最大初动能C 钠在其他任何频率的光照射下的最大初动能D 钠发生光电效应的逸出功 2 溜冰场上A B两人分别坐在两辆碰碰车上沿同一直线相向运动 A的质量是40kg 他推着一个质量是10kg的滑块向前运动 速率是3m s B的质量是50kg 速率是1m s 为了避免两车相撞 A将滑块推出去 后被B接住 碰碰车质量都是20kg 求滑块被A推出去的最小速率 解析 2 为了避免两车相撞 作用后两车速度方向相同 且vA vB时 推出滑块的速度最小 由 MA M0 m vA MB M0 vB MA 2M0 MB m v得v 1m s由 MA M0 m vA MA M0 v mv0得v0 15m s 答案 1 B 2 15m s 3 如图所示 弧形轨道与水平轨道平滑连接 轨道每处都是光滑的 且水平部分足够长 质量为m1的A球由静止从弧形轨道滑下 在水平轨道与质量为m2的B球发生弹性对心碰撞 要使两球能发生第二次碰撞 两球质量应满足怎样的关系 2 如图所示 光滑水平轨道上放置着长板A 上表面粗糙 和滑块C 滑块B置于A的左端 三者质量分别为mA 2kg mB 1kg mC 2kg 开始时C静止 A B一起以v0 5m s的速度匀速向右运动 A与C发生碰撞 时间极短 后C向右运动 经过一段时间 A B再次达到共