動量守恒原子物理

1、動量守恒原子物理第1頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第2頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一本專題主要內(nèi)容為動量守恒和原子物理其中動量守恒是高考的命題重點、涉及知識適用范圍廣，與生活實際聯(lián)系密切，試題中大量出現(xiàn)動量守恒與能量轉(zhuǎn)化與守恒定律相結(jié)合的綜合計算題，原子物理部分主要命題形式為選擇題或填空題，其中與動量守恒相聯(lián)系的核反應(yīng)問題是命題重點，因此復(fù)習(xí)時應(yīng)重點注意，本專題的知能信息主要有以下幾點：第3頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(1)動量、沖量的物理意義及其特點(2)動量守恒定律及其應(yīng)用(3)動量守恒定律與其他力學(xué)方法

2、的綜合應(yīng)用(4)光電效應(yīng)的實驗規(guī)律、光電效應(yīng)方程(5)粒子散射實驗和原子的核式結(jié)構(gòu)(6)氫原子能級躍遷與光子的輻射與吸收(7)原子核的衰變及人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程(8)愛因斯坦質(zhì)能方程及應(yīng)用第4頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第5頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第6頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第7頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一一、動量、沖量、動量守恒定律1動量pmv，是矢量，方向與v的方向相同2沖量IFt，是矢量，方向與恒力的方向相同或與動量增量的方向相同第8頁，共46頁，2022年，5

3、月20日，21點33分，星期一第9頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(2)適用條件：系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力(如碰撞、打擊、爆炸等)系統(tǒng)在某一方向所受的合外力為零，則該方向的動量守恒友情提示(1)因為動量pmv是矢量所以只要質(zhì)量m的大小、速度v的大小、方向三者中任何一個或幾個發(fā)生變化，則動量p就發(fā)生變化(2)動量的變化量p也是矢量，其方向與速度的改變量v的方向相同第10頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一二、動量守恒定律的理解及應(yīng)用1碰撞的種類彈性碰撞(1)動量守恒(2)碰撞前后總動能相等非彈性碰撞(1)動量守恒(2)動能有

4、損失完全非彈性碰撞(1)碰后兩物體合為一體(2)動量守恒(3)動能損失最大第11頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一2.書寫動量守恒方程應(yīng)注意的問題(1)選取正方向：因動量守恒定律表達(dá)式為矢量式，作用前后動量在一條直線上時，規(guī)定正方向，可將矢量運算簡化為代數(shù)運算(2)速度v1、v2、v1、v2必須相對同一參考系，通常相對地面而言(3)動量是狀態(tài)量，具有瞬時性，v1、v2是作用前同一時刻兩物體的速度，v1、v2是作用后同一時刻的速度(4)動量守恒不僅適用于宏觀物體的低速問題，也適用于微觀現(xiàn)象和高速運動第12頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一友情提示(

5、1)應(yīng)用動量守恒定律解決問題的關(guān)鍵是明確所要研究的相互作用的系統(tǒng)(2)列式求解前要分析所研究的系統(tǒng)是否滿足動量守恒第13頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一三、玻爾理論及氫原子能級公式、軌道公式1玻爾理論：(1)定態(tài)：能量不連續(xù)，電子繞核運動不向外輻射能量，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，吸收或輻射光子的能量為hE初E末(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同半徑繞核運動相對應(yīng)，半徑是不連續(xù)的第14頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第15頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(2)理解能級圖中的橫

6、線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)氫原子可以有無窮多個定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3，”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“13.6，3.4，”表示氫原子各定態(tài)的能量值(能級)量子數(shù)n1的定態(tài)能量值最小，這個狀態(tài)叫做基態(tài)量子數(shù)越大，能量值越大，這些狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)第16頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級差不同，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級的躍遷第17頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一友情提示處于激發(fā)態(tài)的原子發(fā)生躍遷時，要注意原子數(shù)是一個還是一群，若只有一個原子，則該原子的躍遷只有一種可能

7、，若是一群原子，則躍遷會有多種可能第18頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一四、原子核衰變、半衰期及核能1原子核衰變(1)衰變：ZAXZ2A4Y24He(2)衰變：ZAXZ1 AY10e(3)射線是伴隨著或衰變產(chǎn)生的，射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)第19頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第20頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(2)理解：不同元素衰變的半衰期是不同的，它是由核內(nèi)部的因素決定的，與原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律4核能(1)原子核的結(jié)合能：克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能

8、量，或若干單個核子在核力的作用下結(jié)合成原子核時放出的能量(2)質(zhì)量虧損：組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差注意質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個不同的概念第21頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(3)質(zhì)能方程：Emc2即一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比(4)核能的計算方法根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(m)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c3108m/s)即：Emc2(焦耳)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5MeV，即Em931.5MeV.第22頁，

9、共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(5)釋放核能的途徑：重核的裂變；輕核的聚變友情提示(1)對質(zhì)量虧損不能誤認(rèn)為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量，質(zhì)量和能量在量值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化(2)質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，如原子核衰變產(chǎn)生的射線雖然靜質(zhì)量為零，但動質(zhì)量不為零第23頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第24頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一例1(2011課標(biāo)全國)如圖，A、B、C三個木塊的質(zhì)量均為m，置于光滑的水平桌面上，B、C之間有一輕質(zhì)彈簧，彈簧兩端與木塊接觸而不固連將彈簧壓緊到不能再壓縮時用細(xì)線把B和C緊

10、連，使彈簧不能伸展，以至于B、C可視為一個整體現(xiàn)A以初速v0沿B、C的連線方向朝B運動，與B相碰并粘合在一起以后細(xì)線突然斷開，彈簧伸展，從而使C與A、B分離已知C離開彈簧后的速度為v0.求彈簧釋放的勢能第25頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一解析設(shè)碰后A、B和C的共同速度的大小為v，由動量守恒得3mvmv0設(shè)C離開彈簧時，A、B的速度大小為v1，由動量守恒得3mv2mv1mv0設(shè)彈簧的彈性勢能為Ep，從細(xì)線斷開到C與彈簧分開的過程中機械能守恒，有第26頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第27頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期

11、一(2011山東)如圖所示，甲、乙兩船的總質(zhì)量(包括船、人和貨物)分別為10m、12m，兩船沿同一直線同一方向運動，速度分別為2v0、v0.為避免兩船相撞，乙船上的人將一質(zhì)量為m的貨物沿水平方向拋向甲船，甲船上的人將貨物接住，求拋出貨物的最小速度(不計水的阻力)第28頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一答案4v0解析設(shè)乙船上的人拋出貨物的最小速度大小為vmin，拋出貨物后船的速度為v1，甲船上的人接到貨物后船的速度為v2，由動量守恒定律得12mv011mv1mvmin10m2v0mvmin11mv2為避免兩船相撞應(yīng)滿足v1v2聯(lián)立式得vmin4v0第29頁，共46頁，20

12、22年，5月20日，21點33分，星期一例2(2011安徽)如圖所示，質(zhì)量M2kg的滑塊套在光滑的水平軌道上，質(zhì)量m1kg的小球通過長L0.5m的輕質(zhì)細(xì)桿與滑塊上的光滑軸O連接，小球和輕桿可在豎直平面內(nèi)繞O軸自由轉(zhuǎn)動，開始輕桿處于水平狀態(tài)，現(xiàn)給小球一個豎直向上的初速度v04m/s，g取10m/s2.第30頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(1)若鎖定滑塊，試求小球通過最高點P時對輕桿的作用力大小和方向(2)若解除對滑塊的鎖定，試求小球通過最高點時的速度大小(3)在滿足(2)的條件下，試求小球擊中滑塊右側(cè)軌道位置點與小球起始位置點間的距離第31頁，共46頁，2022年，5

13、月20日，21點33分，星期一第32頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一由式，得F2N由牛頓第三定律可知，小球?qū)p桿的作用力大小為2N，方向豎直向上(2)解除鎖定后，設(shè)小球通過最高點時的速度為v2，此時滑塊的速度為V.在上升過程中，因系統(tǒng)在水平方向不受外力作用，水平方向的動量守恒以水平向右的方向為正方向，有mv2MV0在上升過程中，因只有重力做功，系統(tǒng)的機械能守恒，則第33頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第34頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(3)設(shè)小球擊中滑塊右側(cè)軌道的位置點與小球起始位置點間的距離為s1，滑塊向左移動

14、的距離為s2.任意時刻小球的水平速度大小為v3，滑塊的速度大小為V.由系統(tǒng)水平方向的動量守恒，得mv3MV0將式兩邊同乘以t，得mv3tMVt0第35頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第36頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(2011海南)一質(zhì)量為2m的物體P靜止于光滑水平地面上，其截面如圖所示圖中ab為粗糙的水平面，長度為L；bc為一光滑斜面，斜面和水平面通過與ab和bc均相切的長度可忽略的光滑圓弧連接現(xiàn)有一質(zhì)量為m的木塊以大小為v0的水平初速度從a點向左運動，在斜面上上升的最大高度為h，返回后在到達(dá)a點前與物體P相對靜止重力加速度為g.求：第

15、37頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(1)木塊在ab段受到的摩擦力f；(2)木塊最后距a點的距離s.第38頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一第39頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一例3(2011深圳模擬)已知金屬鉀的逸出功為2.22eV，氫原子的能級如圖所示，一群處在n3能級的氫原子向低能級躍遷時，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光波共有()第40頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一A一種B兩種C三種 D四種解析要從金屬鉀的表面打出光電子，入射光的能量應(yīng)大于鉀的逸出功，一群處于n3能級的氫原子向低能級

16、躍遷時，只有3能級向1能級、2能級向1能級躍遷時發(fā)出的光子能量大于鉀的逸出功，因此選項B正確答案B第41頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一(2011北京朝陽模擬)如圖所示，1、2、3、4為玻爾理論中氫原子最低的四個能級處在n4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，能發(fā)出若干種頻率不同的光子，在這些光子中，波長最長的是()第42頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一An4躍遷到n1時輻射的光子Bn4躍遷到n3時輻射的光子Cn2躍遷到n1時輻射的光子Dn3躍遷到n2時輻射的光子答案B解析能發(fā)出的若干種頻率不同的光子中，從n4躍遷到n3時輻射的光子頻率最低，波長

17、最長，選項B正確.第43頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一例4(2011海南)2011年3月11日，日本發(fā)生九級大地震，造成福島核電站嚴(yán)重的核泄漏事故在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I和137Cs的衰變過程，它們分別是_和_(填入正確選項前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是_和_第44頁，共46頁，2022年，5月20日，21點33分，星期一AX1 56137Ba01n BX2 54131Xe10eCX3 56137Ba10e DX4 54131Xe11p解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可判斷，131I和137Cs的衰變方程分別為B和C.再根據(jù)核電荷數(shù)守恒.131I和137Cs的質(zhì)子數(shù)分別為53和55，則中子數(shù)分別