高考物理二轮专题复习 辅导与训练 专题8 碰撞与动量守恒 近代物理初步课件.ppt

专题八碰撞与动量守恒近代物理初步 主干回顾 核心精华 知识规律 1 动量 动量守恒定律 条件 系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零 表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 能级跃迁 辐射条件 h em en 辐射光谱线条数 一群处于量子数为n的激发态的氢原子 可辐射出的光谱线条数n 3 光电效应 光电效应规律 光电效应方程 h ek w0 4 核反应 核能的计算 两个守恒 质量数守恒 电荷数守恒 质能方程 e mc2 思想方法 1 物理思想 理想化模型思想 守恒思想 类比思想 2 物理方法 临界法 整体与隔离法 热点考向一动量守恒定律 典题1 师生探究 2013 山东高考 如图所示 光滑水平轨道上放置长木板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再次达到共同速度一起向右运动 且恰好不再与c碰撞 求a与c发生碰撞后瞬间a的速度大小 破题关键 解答本题时应注意以下三点 1 光滑水平轨道 表明 2 a与c发生碰撞 时间极短 表明 在碰撞过程中滑块b与长木板a间的摩擦力的冲量 长木板a与滑块c组成的系统 3 恰好不再与c碰撞 表明 系统不受地面摩擦力作用 在相 互作用过程中 系统动量守恒 可忽略 动量守恒 最后a和b达到的共同速度等于 c的速度 解析 长木板a与滑块c处于光滑水平轨道上 两者碰撞时间极短 碰撞过程中滑块b与长木板a间的摩擦力可以忽略不计 长木板a与滑块c组成的系统 在碰撞过程中动量守恒 则mav0 mava mcvc 两者碰撞后 长木板a与滑块b组成的系统 在两者达到同速之前所受合外力为零 系统动量守恒 mava mbv0 ma mb v长木板a和滑块b达到共同速度后 恰好不再与滑块c碰撞 则最后三者速度相等 vc v联立以上各式 代入数值解得 va 2m s答案 2m s 拓展延伸 1 典题1 中在相互作用的整个过程中 系统的机械能损失了多少 解析 由 典题1 可得三者最后的速度 v 3m s相互作用前e1 ma mb v02 37 5ja b再次达到共同速度时e2 ma mb mc v2 22 5j机械能损失 e e1 e2 15j答案 15j 2 若 典题1 中 a与c发生碰撞后粘在一起 则三个物体最终的速度是多少 解析 整个作用过程中 a b c三个物体组成的系统动量守恒 最终三者具有相同的速度 根据动量守恒 ma mb v0 ma mb mc v代入数据可得 v 3m s答案 3m s 典题2 自主探究 2014 江苏高考 牛顿的 自然哲学的数学原理 中记载 a b两个玻璃球相碰 碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15 16 分离速度是指碰撞后b对a的速度 接近速度是指碰撞前a对b的速度 若上述过程是质量为2m的玻璃球a以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球b 且为对心碰撞 求碰撞后a b的速度大小 审题流程 第一步 审题干 提取信息 速度之比总是约为15 16 玻璃球对心碰撞 碰撞前后运动方向在一条直线上 动量守恒 第二步 审问题 确定思路由动量守恒2mv0 2mv1 mv2和速度之比联立求解 解析 设a b球碰撞后速度分别为v1和v2由动量守恒定律2mv0 2mv1 mv2 由题意知解得答案 解题悟道 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 系统不受外力或所受合外力的矢量和为零时 系统动量守恒 系统所受内力远大于外力时 可认为系统动量守恒 系统在某一方向上不受外力或所受合外力的矢量和为零 在该方向上系统动量守恒 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 对点训练 1 2014 浙江高考 如图所示 甲木块的质量为m1 以v的速度沿光滑水平地面向前运动 正前方有一静止的 质量为m2的乙木块 乙上连有一轻质弹簧 甲木块与弹簧接触后 a 甲木块的动量守恒b 乙木块的动量守恒c 甲 乙两木块所组成系统的动量守恒d 甲 乙两木块所组成系统的动能守恒 解析 选c 根据动量守恒定律的条件 以甲 乙为一系统 系统的动量守恒 a b错误 c正确 甲 乙的一部分动能转化为弹簧的弹性势能 甲 乙系统的动能不守恒 d错误 2 如图所示 木块质量m 0 4kg 它以速度v 20m s水平地滑上一辆静止的平板小车 已知小车质量m 1 6kg 木块与小车间的动摩擦因数为 0 2 木块没有滑离小车 地面光滑 g取10m s2 求 1 木块相对小车静止时小车的速度大小 2 从木块滑上小车到木块相对于小车刚静止时 小车移动的距离 解析 1 设木块相对小车静止时小车的速度为v 根据动量守恒定律有 mv m m v 解得v 4m s 2 对小车 根据动能定理有 mg s mv 2 0解得s 16m答案 1 4m s 2 16m 加固训练 2014 福建高考 一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置 由控制系统使箭体与卫星分离 已知前部分的卫星质量为m1 后部分的箭体质量为m2 分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行 若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化 则分离后卫星的速率v1为 a v0 v2b v0 v2c v0 v2d v0 v0 v2 解析 选d 根据动量守恒定律有 m1 m2 v0 m1v1 m2v2 可得v1 v0 v0 v2 故选d 热点考向二氢原子能级结构及能级跃迁 典题3 师生探究 如图所示为氢原子的能级示意图 一群氢原子处于n 3的激发态 在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子 并用这些光照射逸出功为2 49ev的金属钠 这群氢原子能发出种不同频率的光 其中有种频率的光能使金属钠发生光电效应 破题关键 1 要明确n 3的激发态 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 3 逸出功为2 49ev 表明 能量 只有能量大于2 49ev的光子 才能使金属钠发生光电效应 解析 据题意 氢原子在跃迁过程中有以下三种方式 3至1 3至2 2至1 对应发出三种不同频率的光 要使金属钠发生光电效应 氢原子发出的光子的能量必须大于2 49ev 而3至1为12 09ev 3至2为1 89ev 2至1为10 2ev 所以有两种频率的光可以使金属钠发生光电效应 答案 32 典题4 自主探究 2013 江苏高考 根据玻尔原子结构理论 氦离子 he 的能级图如图所示 电子处在n 3轨道上比处在n 5轨道上离氦核的距离 选填 近 或 远 当大量he 处在n 4的激发态时 由于跃迁所发射的谱线有条 审题流程 第一步 审题干 提取信息 能级图 各能级的位置及能量 e3 6 04ev e5 2 18ev 大量he 处在n 4的激发态 第二步 审问题 确定思路 根据玻尔理论可知 量子数越大 电子离原子核越远 原子所处的能级越高 已知n 4计算发射的谱线条数 解析 根据玻尔理论 电子离原子核越远 原子所处的能级就越高 另外 处于n 4能级的原子向基态跃迁时 会产生 6种谱线 答案 近6 解题悟道 解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧 1 原子跃迁时 所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差 2 原子电离时 所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值 3 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n 4 计算能级能量时应注意 因一般取无穷远处为零电势参考面 故各能级的能量值均为负值 能量单位1ev 1 6 10 19j 对点训练 1 2014 江苏高考 已知钙和钾的截止频率分别为7 73 1014hz和5 44 1014hz 在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应 比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子 钙逸出的光电子具有较大的 a 波长b 频率c 能量d 动量 解析 选a 根据爱因斯坦光电效应方程 ekm h h 0 因为钙的 0大 所以能量ekm小 频率小 波长大 b c项错误 a项正确 根据物质波波长 所以钙逸出的光电子动量小 d项错误 2 2014 浙江高考 玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律 氢原子能级图如图所示 当氢原子从n 4的能级跃迁到n 2的能级时 辐射出频率为hz的光子 用该频率的光照射逸出功为2 25ev的钾表面 产生的光电子的最大初动能为ev 电子电量e 1 60 10 19c 普朗克常量h 6 63 10 34j s 解析 根据 0 85 3 40 h 可求得光子的频率 6 15 1014hz 根据ek h w0可求得光电子的最大初动能ek 2 55ev 2 25ev 0 3ev 答案 6 15 10140 3 加固训练 多选 2013 贵阳二模 如图是氢原子的能级图 对于一群处于n 4的氢原子 下列说法中正确的是 a 这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁b 这群氢原子能够发出6种不同频率的光c 这群氢原子发出的光子中 能量最大为10 2evd 如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应 其中一种一定是由n 3能级跃迁到n 1能级发出的e 从n 4能级跃迁到n 3能级发出的光的波长最长 解析 选b d e 氢原子由低能级向高能级跃迁时只能吸收特定频率的光子 选项a错误 处于n 4激发态的大量氢原子跃迁时 最多发出的光子种数为 6 选项b正确 这群氢原子发出的光子中 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 为12 75ev 选项c错误 如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应 一定是由n 4能级跃迁到n 1能级和由n 3能级跃迁到n 1能级发出的 选项d正确 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光子能量最小 所以频率最小 波长最长 选项e正确 热点考向三核反应方程及核能的计算 典题5 师生探究 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论 其中的两个核反应方程为方程中q1 q2表示释放的能量 相关的原子核质量见下表 则x是 q2 选填 大于 等于 或 小于 q1 破题关键 解答本题时应明确以下三点 1 核反应过程中 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 守恒 mc2 正比 解析 核反应过程中 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 e mc2 经过计算 m1 0 0021u m2 0 0053u 则可以知道q2 q1 答案 he大于 拓展延伸 1 计算 典题5 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 956mev4 937mev 2 典题5 中 由于核聚变的进行 年轻热星体的元素组成发生什么样的变化 解析 h的含量越来越少 he的含量越来越多 答案 见解析 解题悟道 核反应方程及核能的计算 1 掌握核反应方程中的守恒 质量数守恒 电荷数守恒 2 核能的计算方法 根据爱因斯坦质能方程 用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方 即 e mc2 j 根据1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏 mev 能量 用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931 5mev 即 e m 931 5 mev 如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现 则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能 对点训练 1 一个bi原子核中含有的中子个数是 bi具有放射性 现有bi元素16g 经15天 该元素还剩2g 则该元素的半衰期为天 解析 bi原子核中质子数为83个 质子与中子的总数共210个 因此中子数为210 83 127个 bi共16g 经过一个半衰期还剩8g 经过两个半衰期还剩4g 经过三个半衰期还剩2g 15天等于三个半衰期 因此半衰期为5天 答案 1275 2 雷蒙德 戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 e 而获得了2002年度诺贝尔物理学奖 他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯 c2cl4 溶液的巨桶 电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核 其核反应方程式为已知核的质量为36 95658u 核的质量为36 95691u 的质量为0 00055u 1u质量对应的能量为931 5mev 根据以上数据 可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 a 0 82mevb 0 31mevc 1 33mevd 0 51mev 解析 选a 最小质量对应着最小能量 中微子的最小质量应为36 95691u 0 00055u 36 95658u 0 00088u 根据质能方程e mc2 可得中微子最小能量是e 0 00088 931 5mev 0 820mev 选项a正确 3 多选 2012 广东高考 能源是社会发展的基础 发展核能是解决能源问题的途径之一 下列释放核能的反应方程 表述正确的有 a 是核聚变反应b 是 衰变c 是核裂变反应d 是 衰变 解析