高中物理第一轮总复习选修3-5.ppt

高中物理选修3 5 模块3 5考纲要求 第一节 动量 动量守恒定律及其应用 第一章 碰撞与动量守恒 一 动量 1 定义 物体的质量m和速度v的乘积 定义式为 p mv 动量是描述物体运动状态的一个状态量 它与时刻相对应 动量是矢量 它的方向和速度的方向相同 讨论 动量的瞬时性 动量的相对性 单位kg m s 4 动量的变化量 运算应用平行四边形定则 如果运动变化在同一直线 那么选定一个正方向 动量变化运算便简化为代数运算 p p2 p1 mv2 mv1 例1 一质点在水平面内以速度v做匀速圆周运动 质点从位置A开始 经1 2圆周 质点的动量变化是多少 经过1 4圆周 动量变化又是多少 例2 以初速度v0平抛一个质量为m的物体 t秒内物体的动量变化是多少 1 内容 相互作用的几个物体组成的系统 如果不受外力作用 或它们受到的外力之和为零 则系统的总动量保持不变 二 动量守恒定律的理解 3 动量守恒是矢量式 根据考纲 动量守恒定律应用只限于一维情况 应用时 先选定正方向 而后将矢量式化为代数式 1 动量守恒定律的研究对象是系统 2 系统 总动量不变 不仅是系统初 末两个时刻总动量相等 而且是指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等 C 系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零 或外力远小于内力 则该方向动量守恒 分动量守恒 2 守恒条件 1 总的规则 内力不改变系统的总动量 外力才能改变系统的总动量 2 分类分析 A 系统不受外力或所受外力的矢量和为0 理想守恒条件 B 系统所受外力远小于内力 近似守恒 如 碰撞或爆炸瞬间 外力可以忽略不计 3 表达形式 1 p p 系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p 2 0 系统总动量的增量等于0 3 1 2 两个物体组成的系统中 各自动量增量大小相等 方向相反 a m1v1 m2v2 m1v 1 m2v 2 适用于作用前后都运动的两个物体组成的系统 b 0 m1v1 m2v2 适用于原来静止的两个物体组成的系统 比如爆炸 反冲 人船模型等 两者速率及位移大小与各自质量成反比 c m1v1 m2v2 m1 m2 v 适用于两物体作用后结合在一起或具有共同速度的情况 4 应用动量守恒定律的注意点 1 注意动量守恒定律的适用条件 2 特别注意动量守恒定律的矢量性 要规定正方向 已知量跟规定正方向相同的为正值 相反的为负值 求出的未知量是正值 则跟规定正方向相同 求出的未知量是负值 则跟规定正方向相反 3 注意速度的同时性和同一性 同时性指的是公式中的v1 v2必须是相互作用前同一时刻的速度 v1 v2 必须是相互作用后同一时刻的速度 同一性指的是公式中的所有速度都是相对于同一参考系的速度 一般以地面为参考系 例1 质量为M的小船以速度V0行驶 船上有两个质量皆为m的小孩a和b 分别静止站在船头和船尾 现小孩a沿水平方向以速率 相对于静止水面 向前跃入水中 然后小孩b沿水平方向以同一速率 相对于静止水面 向后跃入水中 求小孩b跃出后小船的速度 解 设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为V 根据动量守恒定律 有 火车机车拉着一列车厢以v0速度在平直轨道上匀速前进 在某一时刻 最后一节质量为m的车厢与前面的列车脱钩 脱钩后该车厢在轨道上滑行一段距离后停止 机车和前面车厢的总质量M不变设机车牵引力不变 列车所受运动阻力与其重力成正比 与其速度无关 则当脱离了列车的最后一节车厢停止运动的瞬间 前面机车和列车的速度大小等于 例2 解 由于系统 m M 的合外力始终为0 由动量守恒定律 m M v0 MV V m M v0 M m M v0 M 有一质量为m 20kg的物体 以水平速度v 5m s的速度滑上静止在光滑水平面上的小车 小车质量为M 80kg 物体在小车上滑行距离 L 4m后相对小车静止 求 1 物体与小车间的滑动摩擦系数 2 物体相对小车滑行的时间内 小车在地面上运动的距离 例3 解 画出运动示意图如图示 由动量守恒定律 m M V mv V 1m s 由能量守恒定律 mgL 1 2 mv2 1 2 m M V2 0 25 对小车 mgS 1 2 MV2 S 0 8m 练习 1 质量为M的原子核 原来处于静止状态 当它以速度v放出一个质量为m的粒子时 剩余部分速度是 A mv M m B mv M m C mv M m D mv M m B 2 总质量为M的列车以匀速率v0在平直的轨道上行驶 各车厢受的阻力都是车重的k倍 与车速无关 某时刻列车后面重量为m的车厢脱了钩而机车的牵引力未变 问脱钩的车厢刚停下的瞬间 前面列车的速度为多少 3 把一支枪水平固定在小车上 小车放在光滑的水平地面上 枪沿水平方向发射一颗子弹 关于枪 弹 车 下列说法正确的是 A 枪和弹组成的系统动量守恒B 枪和车组成的系统动量守恒C 枪 弹 车三者组成的系统 因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小 使系统的动量变化很小 可以忽略不计 系统动量近似守恒 D 三者组成的系统动量守恒 因为系统只受重力和地面的支持力这两个力作用 这两个力的和为零 D 4 如图所示 在光滑水平面上放置A B两个物体 其中B物体与一个质量不计的弹簧相连且静止在水平面上 A物体质量是m 以速度v0逼近物体B 并开始压缩弹簧 在弹簧被压缩过程中 D A 在任意时刻 A B组成的系统动量相等 都是mv0B 任意一段时间内 两物体所受冲量大小相等 C 在把弹簧压缩到最短过程中 A物体动量减少 B物体动量增加 D 当弹簧压缩量最大时 A B两物体的速度大小相等 第二节 弹性碰撞和非弹性碰撞 一 碰撞 1 定义 两个物体在极短时间内发生相互作用 这种情况称为碰撞 2 特点 3 分类 由于作用时间极短 一般都满足内力远大于外力 所以可以认为系统的动量守恒 弹性碰撞 非弹性碰撞 完全非弹性碰撞三种 4 过程分析 两者速度相同v 弹簧恢复原长 地面光滑 系统在全过程中动量守恒 进行机械能的变化分析 系统 动能减少全部转化为弹性势能 动能减少 弹性势能增加 状态 动能最小而弹性势能最大 状态 弹性势能减少全部转化为动能 因此 状态系统动能相等 这种碰撞叫做弹性碰撞 2 弹簧不是完全弹性的 系统动能减少 一部分转化为弹性势能 一部分转化为内能 状态系统动能仍和 相同 弹性势能仍最大 但比 小 弹性势能减少 部分转化为动能 部分转化为内能 因为全过程系统动能有损失 一部分动能转化为内能 这种碰撞叫非弹性碰撞 1 弹簧是完全弹性的 3 弹簧完全没有弹性 系统动能减少全部转化为内能 状态系统动能仍和 相同 但没有弹性势能 由于没有弹性 A B不再分开 而是共同运动 不再有 过程 这种碰撞叫完全非弹性碰撞 一 弹性碰撞 特点 碰撞过程中 动量守恒 机械能守恒 两个方程 解得 讨论 1 若m1 m2 质量相等的两物体弹性碰撞后交换速度 2 若m1 m2 3 若m1 m2 例1 质量相等的A B两球在光滑水平面上沿同一直线 同一方向运动 A球动量为7kg m s B球的动量为5kg m s 当A球追上B球时发生碰撞 则碰后A B两球的动量PA PB可能值是 A PA 6kg m sPB 6kg m sB PA 3kg m sPB 9kg m sC PA 2kg m sPB 14kg m sD PA 4kg m sPB 17kg m s A 碰前 碰后两个物体的位置关系 不穿越 和速度大小应保证其顺序合理 方法归纳 碰撞中系统动量守恒 碰撞过程中系统动能不增加 二 完全非弹性碰撞 特点 碰撞后二者合二为一 或者说具有相同的速度 动量守恒 机械能损失最多 三 非弹性碰撞 介于两者之间 动量守恒 机械能有损失 二 动量守恒定律实验 实验 实验原理 1 两小球在水平方向发生正碰 水平方向合外力为零 动量守恒 mAvA mAvA mBvB 2 本实验在误差允许的范围内验证上式成立 两小球碰撞后均作平抛运动 用水平射程间接表示小球平抛的初速度 OP mA以vA平抛时的水平射程 OM mA以vA 平抛时的水平射程 O N mB以vB平抛时的水平射程 验证的表达式 mAOP mAOM mBO N 等效替换的思想 实验 实验步骤 先用天平测量出两个小球的质量mA mB 安装好实验装置 注意使实验器的斜槽末端点的切线水平 把被碰球放在斜槽前的支柱上 调节实验装置使两球处于同一高度 且两球的球心和槽轴线在一直线上 两球心间的距离即为槽和支柱间的距离 垫木板和白纸时 要使木板水平 准确地标绘出槽口中心的竖直投影点O 先不放被碰球B 让入射球A从斜槽上同一高度处滚下 重复3 5次 用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面 该小圆的圆心 就是入射球的落地点P 平均处理的思想方法 实验 实验步骤 过O N在纸上作直线 取OO 2r O 即为被碰球被碰时球心投影位置 用刻度尺量OM OP O N的长度 把两小球的质量和相应的 速度数值 代入表达式看是否成立 整理实验器材 放回原处 把被碰小球B放在支柱上 让入射小球A从同一高度滚下 使它们发生正碰 重复3 5次 仿步骤 求出入射小球A的平均落点M和被碰小球B的平均落点N 验证的表达式 mAOP mAOM mBO N 实验 注意事项 斜槽末端要切线要水平 每次小球下滑要从同一高度处由静止开始 要保证对心碰撞 先调高低 再调远近 最后调左右 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面 该小圆的圆心即为小球的平均落点 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA mB 第一节 原子结构 第二章 原子结构原子核 氢光谱 1 在原子中心有很小的核 称为原子核 核外有电子绕核高速旋转 2 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 3 原子核的大小 原子半径数量级为10 10m 原子核大小数量级为10 14m 一 原子的核式结构 卢瑟福 原子核具有复杂结构 天然放射现象 二 玻尔的原子模型 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 这些状态称为定态 原子不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运动相对应 因定态不连续 所以电子可能轨道分布也是不连续的 原子从一种定态跃迁到另一定态时 要辐射 或吸收 一定频率的光子 光子能量等于两定态的能量差 三 能级 1 原子各个定态对应的能量是不连续的 这些能量值叫做能级 2 基态和激发态 能量最低的状态 对应n 1 叫做基态 其它状态 对应n 2 3 4 叫做激发态 3 能级公式 4 能级图 玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题 其成功之处在于引进了量子化的观点 但是 在解释其它原子光谱时遇到了很大的困难 因为玻尔理论过多地保留了经典理论 牛顿力学只适用于低速运动 相对于光速 的宏观物体 对于微观粒子的运动 牛顿力学不适用了 四 玻尔理论的局限性 例1 如图给出氢原子最低的四个能级 大量氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有 种 其中最小的频率等于 赫 保留两个数字 h 6 63 10 34J S 6 1 6 1014 例2 欲使处于基态的氢原子激发 下列措施可行的是 A 用10 2eV的光子照射 B 用11 5eV的光子照射 C 用14eV的光子照射 D 用11 5eV的电子碰撞 E 用10eV的电子碰撞 提示 原子的跃迁公式只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 ACD 光子和原子作用而使原子电离时则不受此条件的限制 实物粒子与原子相互作用而使原子激发时 粒子的能量也不受上述条件的限制 例3 处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时 只发射波长为的三种单色光 且 则照射光的波长为 D 例4 根据玻尔理论 氢原子由外层轨道跃迁到内层轨道后 A 原子的能量增加 电子的动能减小B 原子的能量增加 电子的动能增加C 原子的能量减少 电子的动能减小D 原子的能量减少 电子的动能增加 D 原子的能量等于电子动能加上电势能 其形式可与天体运动进行类比 第二节 原子核 1 原子核的人工转变 发现质子 发现中子 2 原子核的组成 质子 中子 质子和中子统称为核子 质子的质量mp 中子的质量mn 一 原子核的组成 二 天然放射现象 1 天然放射现象 某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象 这些元素称为放射性元素 2 三种射线 射线 高速的 粒子流 粒子是氦原子核 速度约为光速1 10 贯穿能力最弱 电离能力最强 射线 高速的电子流 粒子是速度接近光速的负电子 贯穿能力稍强 电离能力稍弱 射线 能量很高的电磁波 粒子是波长极短的光子 贯穿能力最强 电离能力最弱 3 三种射线的来源 粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出 粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的 射线经常是伴随 射线和 射线产生的 三 衰变 原子核放出射线后变成新的原子核 1 衰变规律 衰变 质量数 4 电荷数 2 衰变 质量数不变 电荷数 1 原子核衰变时电荷数和质量都守恒 2 半衰期T 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 半衰期短的元素衰变得快 放射性较强 半衰期只与元素本身有关 与所处的物理 化学状态及周围环境 温度等都无关 衰变图象 半衰期是一种统计规律 对大量原子满足 对少数几个原子不满足 四 放射性同位素 1 具有放射性的同位素 叫放射性同位素 2 放射性同位素的原子核不稳定 能自发地放出 射线 射线和 射线而衰变 3 应用 一是利用它产生的射线 二是作为示踪原子 例1 放射性原子核经过一系列的 衰变和 衰变后成新原子核 其中经 衰变的次数为n 衰变的次数n 分析 写出核反应方程式如下 8 6 例2 关于元素放射性的半衰期下述正确的 A 放射性试样的总质量减半所需的时间B 放射性核的个数衰减到一半所需的时间C 加温 加压时半衰期不变D 与其它物质组成化合物时半衰期将变化 BC 例3 在中子 质子 电子 正电子 粒子中选出一个适当的粒子 分别填在下列核反应式的横线上 粒子 电子 中子 核反应方程 例4 将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒S里 放射线便从小孔中射出 沿带电平行金属板A B之间的中线垂直于电场方向进入电场 轨道如图所示 则轨迹是 射线 轨迹是 射线 轨迹是 射线 板带正电 板带负电 是 射线的轨迹 是 射线的轨迹 1 核力 原子核中 将核子维系在一起的一种短程强作用力 五 核能 2 核能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 叫做原子核的结合能 亦称核能 获