动量守恒原子物理.ppt

动量守恒原子物理 专题九 本专题主要内容为动量守恒和原子物理 其中动量守恒是高考的命题重点 涉及知识适用范围广 与生活实际联系密切 试题中大量出现动量守恒与能量转化与守恒定律相结合的综合计算题 原子物理部分主要命题形式为选择题或填空题 其中与动量守恒相联系的核反应问题是命题重点 因此复习时应重点注意 本专题的知能信息主要有以下几点 1 动量 冲量的物理意义及其特点 2 动量守恒定律及其应用 3 动量守恒定律与其他力学方法的综合应用 4 光电效应的实验规律 光电效应方程 5 粒子散射实验和原子的核式结构 6 氢原子能级跃迁与光子的辐射与吸收 7 原子核的衰变及人工转变 核反应方程 8 爱因斯坦质能方程及应用 2014 山东理综 如图 光滑水平直轨道上两滑块A B用橡皮筋连接 A的质量为m 开始时橡皮筋松弛 B静止 给A向左的初速度v0 一段时间后 B与A同向运动发生碰撞并粘在一起 碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍 也是碰撞前瞬间B的速度的一半 求 1 B的质量 2 碰撞过程中A B系统机械能的损失 动量守恒定律的应用 拓展提升一 基础知识要记牢1 动量守恒的条件 1 系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零 2 系统所受的外力的矢量和虽不为零 但系统外力比内力小得多 如碰撞问题中的摩擦力 爆炸过程中的重力等 外力比起相互作用的内力来小得多 可以忽略不计 3 系统所受外力的矢量和虽不为零 但在某个方向上合力的分量为零 则在该方向上系统总动量的分量保持不变 2 动量守恒定律的三种表达形式 1 p p 2 p1 p2 3 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 二 方法技巧要用好1 动量守恒定律解决问题的灵活运用 1 分析题意 明确研究对象 确定所研究的系统是由哪些物体组成的 2 要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析 区分系统内力和外力 在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件 判断能否应用动量守恒 3 明确所研究的相互作用过程 确定过程的始 末状态 即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式 注意 在研究地面上物体间相互作用的过程时 各物体运动的速度均应取地面为参考系 4 规定正方向 确定初 末状态动量的正 负号 根据动量守恒定律列方程求解 2 动量守恒在多体多过程问题中的运用对于多个物体 多个过程共存的问题 往往会有共同的特征 1 最终会出现一个稳定的状态 例如 系统最终速度为零或做匀速直线运动 2 在由多过程存在的情境中 每个小过程 均满足动量守恒 因此解决此类问题的关键是选取合适的研究对象和作用过程 应用动量守恒定律并结合其他的物理规律进行求解 例如 多个物体的连续碰撞 两人抛接物体的问题等 2014 重庆 一弹丸在飞行到距离地面5m高时仅有水平速度v 2m s 爆炸成为甲 乙两块水平飞出 甲 乙的质量比为3 1 不计质量损失 取重力加速度g 10m s2 则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是 答案 B 解析 考查动量守恒定律和平抛运动规律 解题的关键是应用动量守恒定律找出甲 乙两块的速度关系 然后再用平抛运动规律进行求解 本题有两种可能情况 一是甲在前 另一是甲在后 甲在前情况 设总质量为4m 动量守恒得4m 2 3mv甲 mv乙 由平抛运动规律知 甲图中两弹片的速度分别为v甲 2 5m s v乙 0 5m s 不满足动量守恒关系 选项A错误 乙图中两弹片的速度分别为v甲 2 5m s v乙 0 5m s 满足动量守恒关系 选项B正确 甲在后情况 C图中v甲 1m s v乙 2m s 不满足动量守恒关系 选项C错误 D图中 v甲 1m s v乙 2m s 同样不满足动量守恒关系 选项D错误 解题中注意动量守恒中的矢量性 以及运动情况的可能性 2014 北京 如图所示 竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切 小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点 现将A无初速度释放 A与B碰撞后结合为一个整体 并沿桌面滑动 已知圆弧轨道光滑 半径R 0 2m A和B的质量相等 A和B整体与桌面之间的动摩擦因数 0 2 取重力加速度g 10m s2 求 动量守恒与能量守恒的综合 1 碰撞前瞬间A的速率v 2 碰撞后瞬间A和B整体的速率v 3 A和B整体在桌面上滑动的距离l 答案 1 2m s 2 1m s 3 0 25m 拓展提升一 基础知识要记牢1 碰撞的种类 3 速度要符合实际情景 如果碰撞前两物体同向运动 则后面物体的速度必大于前面物体的速度 否则无法实现碰撞 碰撞后 原来在前的物体的速度一定增大 且原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度 否则就违背了实际情况 如果碰前两物体是相向运动 则碰后两物体的运动方向不可能都不改变 除非两物体碰撞后速度均为零 二 方法技巧要用好 1 对于过程比较复杂的问题 要根据情况将过程分为几个不同的阶段 然后对各个阶段进行分析 判断动量是否守恒 机械能是否守恒 2 两物体相互碰撞的问题 若不说明是弹性碰撞 则碰撞中动能一般都有损失 而两物体碰后粘在一起的情况 碰撞中动能损失最多 3 含有弹簧模型的动量守恒问题 从本质上看 属于一种时间较长的弹性碰撞 在作用的过程中 当弹簧被压缩最短或拉伸最长时 系统内各个物体具有共同的速度 而此时弹簧的弹性势能最大 动能最小 系统内各个物体除弹簧的弹力外所受的合力为零 例如光滑水平面上的连接体问题 当弹簧为自然伸长状态时 系统内的某个物体此时将具有最大的速度 三 易错易混要明了对于同一系统而言 动量守恒时机械能不一定守恒 机械能守恒时 动量不一定守恒 2014 云南第一次检测 如图所示 一弧形轨道与足够长水平轨道平滑连接 水平轨道上静止一小球B 从弧形轨道上距离水平轨道h高处由静止释放另一小球A A球沿轨道下滑后与B球发生弹性正碰 碰后A球被弹回 A球重新下滑到水平轨道后 与B球间的距离保持不变 所有接触面均光滑 求碰撞结束时A球的速度大小 2014 山东理综 氢原子能级如图 当氢原子从n 3跃迁到n 2的能级时 辐射光的波长为656nm 以下判断正确的是 双选 填正确答案标号 氢原子能级跃迁 光电效应 A 氢原子从n 2跃迁到n 1的能级时 辐射光的波长大于656nmB 用波长为325nm的光照射 可使氢原子从n 1跃迁到n 2的能级C 一群处于n 3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D 用波长为633nm的光照射 不能使氢原子从n 2跃迁到n 3的能级 答案 CD 拓展提升一 基础知识要记牢1 玻尔理论 1 定态 能量不连续 电子绕核运动不向外辐射能量 原子处于稳定状态 En E1 n2 n 1 2 3 E1 13 6eV 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 吸收或辐射光子的能量为h E初 E末 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应 半径是不连续的 3 光电效应及光电效应方程 1 光电效应的实验规律 任何一种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个频率 才能产生光电效应 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光的频率增大而增大 入射光照射到金属板上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不会超过10 9s 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的大小与入射光的强度成正比 二 方法技巧要用好1 氢原子能级跃迁问题的解题技巧 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 比如吸收能量时 如果光子的能量足够大 则吸收后一定发生电离 如果光子能量恰好满足量子化的条件 则刚好全部被吸收 如果光子能量吸收后不足以产生跃迁或电离 则这种光子不会被吸收 2 一群原子和一个原子在处理问题的时候是有区别的 氢原子核外只有一个电子 这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 可能的情况只有一种 但是如果有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了 3 计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时 要注意能级的能量值均为负值 且单位应为 电子伏 计算时需要换算成 焦 2 研究光电效应的两条线索由图可知两条线索 一是光的频率线 二是光的强度线 3 光电效应中的两条对应关系 1 光强 光子数目多 发射光电子多 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 三 易错易混要明了1 原子吸收能量后在能级间发生跃迁 则吸收的能量值是固定的 若原子吸收能量后发生电离 则吸收的能量值为不小于该能级能量值的任意值 2 决定光电子初动能的大小的是入射光的频率 决定光电流大小的是入射光的强度 2014 广西四校调研 如图所示为氢原子的能级图 氢原子从n 5的能级跃迁到n 3的能级时辐射出a光子 从n 4的能级跃迁到n 2的能级时辐射出b光子 下列说法正确的是 A a光子的能量比b光子的能量大B 若a b两种光在同一种均匀介质中传播 则a光的传播速度比b光的传播速度大C 若b光能使某种金属发生光电效应 则a光一定能使该金属发生光电效应D 若用同一双缝干涉装置进行实验 用a光照射双缝得到相邻亮条纹的间距比用b光照射双缝得到的相邻亮条纹的间距大 答案 BD 解析 据题意 氢原子从n 5能级跃迁到n 3能级释放的光子能量为 Ea 0 97eV h a 氢原子从n 4能级跃迁到n 2能级释放的光子能量为 Eb 2 55eV h b 则知b光光子的能量大 频率也大 在同一种均匀介质中 频率越大的光传播速度越慢 所以A选项错误 B选项正确 如果b光可以使某种金属发生光电效应 则a光不一定能使其发生光电效应 所以C选项错误 a光频率较小 则a光波长较大 所以在做双缝干涉实验时 用a光照射双缝时得到的干涉条纹较宽 D选项正确 2014 河南六市一联 2013年2月12日朝鲜进行了第三次核试验 韩美情报部门通过氙 Xe 和氪 Kr 等放射性气体 判断出朝鲜使用的核原料是铀 U 还是钚 Pu 若该实验的核原料是U 则 1 完成核反应方程式U n Sr Xe 2 本次核试验释放的能量大约相当于7000吨TNT当量 已知铀核的质量为m1 中子的质量为m2 锶 Sr 核的质量为m3 氙 Xe 核的质量为m4 光速为c 则一个U原子裂变释放的能量 E 核反应方程与核能 3 质能方程E mc24 核能计算 E mc2 1 若 m以kg为单位 则 E mc2 2 若 m以原子质量u为单位 则 E m 931 5MeV 二 方法技巧要用好1 衰变和 衰变次数的确定方法 1 方法一 由于 衰变不改变质量数 故可以先由质量数改变确定 衰变的次数 再根据电荷数守恒确定 衰变的次数 2 方法二 设 衰变次数为x 衰变次数为y 根据质量和核电荷数守恒方程求解 2 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦的质能方程 用核子结合成原子核时的质量亏损 m 的千克数乘以真空中光速 c 3 108m s 的平方 即 E mc2 焦耳 2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏 MeV 能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931 5MeV 即 E m 931 5MeV 3 如果核反应时释放的核能是以动能形式