高三物理一轮复习 高考热点探究(13)动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 新人教版
高三物理一轮复习章末检测2：动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核
第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核(时间：90分钟满分：100分)温馨提示：1.第Ⅰ卷答案写在答题卡上，第Ⅱ卷书写在试卷上；交卷前请核对班级、姓名、考号.2.本场考试时间为90分钟，注意把握好答题时间.3.认真审题，仔细作答，永远不要以粗心为借口原谅自己．第Ⅰ卷(选择题，共50分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．有的小题给出的几个选项中只有一个选项正确；有的小题给出的几个选项中有多个选项正确，全部选对得5分，选对但不全得3分，有错选或不答得0分)1．(2015届北京市房山区高三期末考试)下列说法正确的是()A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应B.238 92U→234 90Th＋42He是核裂变反应方程C．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，能量增加D．将放射性元素的温度降低，它的半衰期会发生改变2．(2015届北京市丰台区高三期末考试)如果大量氢原子处在n＝4的能级，可能有几种频率的光辐射出来？其中频率最大的光是氢原子在哪两个能级间跃迁时发出来的？() A．4种，其中频率最大的光是氢原子从n＝4能级到n＝1能级跃迁时发出B．6种，其中频率最大的光是氢原子从n＝4能级到n＝1能级跃迁时发出C．4种，其中频率最大的光是氢原子从n＝4能级到n＝3能级跃迁时发出D．6种，其中频率最大的光是氢原子从n＝4能级到n＝3能级跃迁时发出3．(2015届江苏省盐城市高三质检)下列说法中正确的是()A．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质B．铀核(238 92U)衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的比结合能一定小于铀核的比结合能C．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应现象D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加4．(2015届衡水市高三点睛大联考)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y 核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是() A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核质量数大2D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍5．(2015届开封市高三二模)下列说法正确的是()A．康普顿效应进一步证实了光的波动特性B．天然放射元素衰变的快慢与所处的化学、物理状态有关C．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特性D．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的E．爱因斯坦提出了光子说成功地解释了光电效应现象6．(2015届湖南省郴州市高三二模)下列说法正确的是()A．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型B．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D．爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说E．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应7．(2015届银川市宁大附中高三模拟)下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验证明了原子核还可以再分B．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构C．分别用X射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，但用X射线照射时光电子的最大初动能较大D．基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，可能发射多种频率的光子8．氢原子的部分能级如图所示．已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D ．从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出的光为可见光9．如图所示，用a 、b 两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a 光照射时验电器的指针偏转，b 光照射时指针未偏转，以下说法正确的是( )A ．增大a 光的强度，验电器的指针偏角一定减小B ．a 光照射金属板时验电器的金属小球带负电C ．a 光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长D ．若a 光是氢原子从n ＝4的能级向n ＝1的能级跃迁时产生的，则b 光可能是氢原子从n ＝5的能级向n ＝2的能级跃迁时产生的10．关于核反应方程234 90Th→234 91Pa ＋X ＋ΔE (ΔE 为释放出的核能，X 为新生成粒子)，已知234 90Th 的半衰期为T ，则下列说法正确的是( )A.234 91Pa 比234 90Th 少1个中子，X 粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变 B ．N 0个234 90Th 经2T 时间因发生上述核反应而放出的核能为34N 0ΔE (N 0数值很大) C.234 90Th 的比结合能为ΔE 234D.234 90Th 的化合物的半衰期比T 长 第Ⅱ卷(非选择题，共50分)二、填空题(本题共2小题，共12分)11．(6分)(2015届宁夏银川市唐徕回民中学高三模拟)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J.12．(6分)放射性物质210 84Po 和6027Co 的核衰变方程为：210 84Po→206 82Pb ＋X 1，6027Co→6028Ni ＋X 2，方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．三、计算题(本题共4小题，共38分，解答时写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)13．(9分)(2015届河北省邯郸市高三期末考试)如图，质量分别为m1＝1.0 kg和m2＝2.0 kg的弹性小球a、b，用轻绳紧紧的把它们捆在一起，使它们发生微小的形变．该系统以速度v0＝0.10 m/s沿光滑水平面向右做直线运动．某时刻轻绳突然自动断开，断开后两球仍沿原直线运动．经过时间t＝5.0 s后，测得两球相距s＝4.5 m，求：(1)刚分离时a、b两小球的速度大小v1、v2；(2)两球分开过程中释放的弹性势能E p.14．(9分)(2015届河北省唐山市高三模拟)质量为m1的物体A以某一速度值由斜面底端冲上斜面，恰能到达斜面顶端，如图所示．将质量为m2的物体B放置在斜面上某点，且处于静止状态，物体B到斜面顶端的距离为斜面长度的1/4，A物体再次以相同的初速度冲上斜面，A、B发生弹性碰撞后，B物体刚好能够到达斜面顶端．两物体可视为质点，且二者与斜面间的动摩擦因数相同．求A、B两物体的质量比m1∶m2.15．(10分)(2015届湖南省郴州市高三二模)两物块A、B用轻弹簧相连，质量均为m＝2 kg，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v＝6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动，质量M＝4 kg的物块C静止在前方，如图所示．B与C碰撞后二者会粘在一起运动．求在以后的运动中：(1)当弹簧的弹性势能最大时，物块A的速度v1为多大？(2)系统中弹性势能的最大值E p是多少？16．(10分)如图所示，两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上，质量均为m.P2的右端固定一轻质弹簧，弹簧的自由端恰好在P2的左端A点．物体P置于P1的最右端．质量为2m且可以看作质点．P1与P以共同速度v0向右运动，与静止的P2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P1与P2粘连在一起，P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内)．P 与P2之间的动摩擦因数为μ，求(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2；(2)此过程中弹簧最大压缩量x.答案1．『解析』太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项A正确；238 92U→234 90 Th＋42He是α衰变，选项B错误；一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，能量减少，选项C错误；放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项D错误．『答案』A2．『解析』大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射6种频率的光子，其中频率最大也就是能量最大的光子是从n＝4跃迁到n＝1能级时释放的，故选项B 正确．『答案』B3．『解析』β衰变的实质是原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，电子发射到核外，就是β粒子，故选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，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错误；实验表明，只要照射光的频率足够大，就一定能发生光电效应现象，故选项C错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，要吸收光子，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故选项D正确．『答案』AD4．『解析』根据质量数守恒、电荷数守恒，写出核反应方程式为：m n X→m n－1Y＋0－1e，m n－1 Z＋42He，显然，A是错误的；X核的中子数为(m－n)，Z核的中子数为[(m－3) Y＋11H→m－3n－2－(n－2)]，(m－n)－[(m－3)－(n－2)]＝1，可见X核比Z核多一个中子，B错误；X核的质量数m比Z核质量数(m－3)大3，C错误；X核与Z核的总电荷数是n＋(n－2)＝2(n－1)，Y核电荷是(n－1)，D正确．『答案』D5．『解析』康普顿效应是光的散射现象，进一步证明光的粒子性，选项A错误，天然放射元素衰变快慢与所处化学、物理状态无关，选项B错误；经典物理学不能解释原子的稳定性，也不解释原子光谱是不连续的，具有分立特性，选项C正确；普朗克为了解释黑体辐射提出了能量是量子化的，选项D正确；爱因斯坦提出光子说成功解释光电效应现象，选项E正确．『答案』CDE6．『解析』卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，选项A正确；宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，选项B错误；β衰变中产生的β射线实际上是原子核内中子释放一个电子变成质子的过程，故选项C错误；爱因斯坦对光电效应进行研究，提出光子说，成功解释光电效应，选项D正确；对任何一种金属都存在一个“最大波长”即最小频率，入射光的波长必须小于这个波长，才能发生光电效应，选项E正确．『答案』ADE7．『解析』天然放射现象说明原子核还可以再分，选项A 错误；α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构，选项B 错误；若用X 射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，X 射线的频率大于绿光的频率，由光电效应方程可知，用X 射线照射时，光电子的最大初动能较大，选项C 正确；基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，向低能态跃迁能发射多种频率的光子，选项D 正确．『答案』CD8．『解析』从高能级向n ＝1能级跃迁时发出的光子能量最小为10.2 eV ，最大为13.6 eV ，可见其频率高于可见光，即波长比可见光短；从高能级向n ＝2能级跃迁时发出的光子能量最小为1.89 eV ，最大为3.4 eV ，可见发出的光并不都为可见光；从高能级向n ＝3能级跃迁时发出的光子能量最小为0.66 eV ，最大为1.51 eV ，频率低于可见光；从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁发出的光子能量为1.89 eV ，属于可见光的区域．『答案』AD9．『解析』增大a 光的强度，从金属板飞出的光电子增多，金属板带电荷量增大，验电器的指针偏角一定增大，选项A 错误；a 光照射金属板时，光电子从金属板飞出，金属板带正电，验电器的金属小球带正电，选项B 错误；经分析，a 光在真空中的频率大于b 光在真空中的频率，故a 光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长，选项C 正确；氢原子跃迁，因为|E 4－E 1|＞|E 5－E 2|，故选项D 正确．『答案』CD10．『解析』234 91Pa 和234 90Th 具有相同的核子数，但234 91Pa 比234 90Th 多一个质子，所以234 91Pa 比234 90Th 少一个中子，234 90Th 具有放射性，X 粒子是从原子核中射出的，X 粒子是电子，即该衰变为β衰变，选项A 正确；经过2 T 时间有34N 0的234 90Th 发生了衰变，放出的能量为34N 0ΔE ，故选项B 正确；234 90Th 的比结核能是该原子核分解为核子时需要的能量与核子数的比值，故选项C 错误；234 90Th 的化合物的半衰期也为T ，故选项D 错误．『答案』AB11．『解析』(1)金属板K 为阴极，电极A 为阳极．(2)由题中图象可知，当遏止电压为零时的频率即为铷的截止频率，应为5.13×1014 Hz ，根据W 0＝hν0＝6.63×10－34×5.13×1014 J ＝3.40×10－19 J.『答案』(1)阳极 (2)(5.12～5.18)×1014 (3.39～3.43)×10－1912．(6分)放射性物质210 84Po 和6027Co 的核衰变方程为：210 84Po→206 82Pb ＋X 1，6027Co→6028Ni ＋X 2，方程中的X 1代表的是________，X 2代表的是________．『解析』根据质量数和电荷数守恒可得X 1的质量数为4，质子数为2，即为42He ，X 2的质量数为0，电荷数为－1为 0－1e.『答案』42He 0－1e三、『解析』(1)根据已知，由动量守恒定律得(m 1＋m 2)v 0＝m 1v 1＋m 2v 2①s ＝v 1t －v 2t ②由①②得v 1＝0.70 m/s ，v 2＝－0.20 m/s.(2)由能量守恒定律得12(m 1＋m 2)v 20＋E p ＝12m 1v 21＋12m 2v 22 代入数据得E p ＝0.27 J.『答案』(1)0.70 m/s －0.20 m/s (2)0.27 J14．『解析』两物体向上滑行时，mg sin θ＋μmg cos θ＝ma二者加速度相同，二者刚好能滑到斜面顶端由v 2＝2a L 4，可知m 1碰前的速度与m 2碰后的速度相等 在碰撞过程中，设碰前m 1的速度和碰后m 2的速度为v ，碰后m 1的速度为v 1 m 1v ＝m 1v 1＋m 2v12m 1v 2＝12m 1v 21＋12m 2v 2 由以上两式可得m 1∶m 2＝1∶1.『答案』1∶115．『解析』(1)根据题意，A 、B 、C 三物块动量守恒，当弹簧的弹性势能最大时满足： 2mv ＝(2m ＋M )v 1带入数值得：v 1＝3 m/s.(2)根据动量守恒，当BC 刚刚完成碰撞时满足：mv ＝(m ＋M )v BC此后系统机械能守恒，当弹簧的弹性势能最大时满足：12mv 2＋12(M ＋m )v 2BC ＝12(2m ＋M )v 21＋E p . 带入数值后整理得：E p ＝12 J.『答案』(1)3 m/s (2)12 J16．『解析』(1)碰撞时由动量守恒定律可得： (m ＋2m )v 0＝2mv 0＋(m ＋m )v 1解得：v 1＝12v 0 由于物体P 与P 1、P 2之间的力为内力，三者整体由动量守恒定律可得： (m ＋2m )v 0＝(m ＋m ＋2m )v 2解得：v 2＝34v 0. (2)整个过程由能量守恒定律可得： 12(m ＋m )v 21＋122mv 20＝12(m ＋m ＋2m )v 22＋μ·2mg ·2x 解得：x ＝v 2032μg. 『答案』(1)v 1＝12v 0 v 2＝34v 0 (2)x ＝v 2032μg。
优化探究(新课标)2020届高三物理一轮复习 第13章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构 第2讲 光电效应 波粒
光电效应波粒二象性[随堂反馈]1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子解析：锌板在紫外线的照射下产生了光电效应，说明锌板上有光电子飞出，所以锌板带正电，C正确，A、B、D错误．答案：C2．(多选)(2020·高考江苏卷)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应说明光具有粒子性，A正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，动量不同，德布罗意波长不相等，D错误．答案：AB3．(2020·高考江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，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：两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W0＝hνc可知截止频率大的，逸出功也大．由Ek ＝hν－W可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p＝2mEk 知，其动量也较小，根据物质波p＝hλ知，其波长较长．答案：A4．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU.已知比例系数k仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为( )A.h2e B．2ehC．2he D．1 2he解析：可用物理量之间的单位量纲关系分析此题：ν＝kU，则k＝νU，其单位为1 Hz/V＝11s·V，而h的单位为J·s，e的单位为C，故eh的单位应为1CJ·s＝1CC·V·s＝1 1s·V，B选项正确．答案：B5．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝______Hz，逸出功W＝________ J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek ＝________J.解析：(1)光束照射阴极，打到阳极A上．(2)读出铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，其逸出功W0＝hνc＝3.41×10－19 J.(3)由爱因斯坦光电效应方程得E k ＝hν－W＝1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014(5.12×1014～5.19×1014均可) 3.41×10－19(3.39×10－19～3.44×10－19均可) (3)1.23×10－19(1.21×10－19～1.26×10－19均可)[课时作业]一、单项选择题1．如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性解析：弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确．答案：D2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比解析：由ε＝hν＝hcλ知，当入射光波长小于金属的极限波长时，发生光电效应，A错误；由Ek ＝hν－W知，光电子的最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，B错误；发生光电效应的时间一般不超过10－9s，C错误；入射光的强度越强，单位时间内射到金属上的光子数越多，发射出光电子数越多，则形成的光电流越大，所以D正确．答案：D3．下列说法中正确的是( )A．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B．卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型C．光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量解析：电子通过晶格的衍射现象表明实物粒子也具有波动性，A错误；卢瑟福的原子核式结构模型理论的基础就是α粒子散射实验，B正确；由不确定性关系知微观粒子的位置和动量是不能同时准确测量的，C错误；在工业和医疗中常使用激光的原因是由于其平行性好、亮度高，但亮度高不是由于光子能量高，而是因为单位时间内通过单位面积的总能量大，D错误．答案：B4．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可以使该金属产生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间解析：每一种金属对应一个极限频率，低于极限频率的光，无论照射时间有多长，光的强度有多大，都不能使金属产生光电效应，只要照射光的频率大于极限频率，就能产生光电效应，A、C、D错误．X射线的频率高于紫外线的频率，所以改用X 射线照射可能发生光电效应，B正确．答案：B5.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν为极限频率．从图中可以确定的是( )A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比C．当ν＜ν时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关解析：逸出功是由金属自身决定的，与ν无关，A错误．Ekm随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，B错误．当ν＜ν0时，无光电子逸出，C错误．由Ekm＝hν－W0知，Ekm－ν图象的斜率为h，D正确．答案：D6．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．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K 接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)( )A．U＝hνe－WeB．U＝2hνe－WeC．U＝2hν－W D．U＝5hν2e－We解析：解题的关键是要明确电子可能要吸收多个光子．由光电效应方程可知Ek＝n·hν－W，而eU＝Ek ，所以U＝nhνe－We(n＝2,3,4，…)，故选项B正确．答案：B7．下表给出了一些金属材料的逸出功.材料铯钙镁铍钛逸出功(10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6现用波长为(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( )A．2种B．3种C．4种D．5种解析：要发生光电效应，则入射光的能量必须大于金属的逸出功，由题可算出波长为400 nm的光的能量为E＝hν＝hcλ＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J＝4.97×10－19 J，大于铯和钙的逸出功，所以A选项正确．答案：A二、多项选择题8．某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m、功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，该激光器发出的( )A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－18 JD．光子数约为每秒3.8×1016个解析：由于该激光器发出的光波波长比可见光长，所以发出的是红外线，A错误，B正确．光子能量E＝hν＝hcλ≈1.3×10－19 J，C错误．每秒发射的光子数n＝P×1E≈3.8×1016个，D正确．答案：BD9.(2020·北京四中模拟)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示，则这两种光( )A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大解析：由题图可知，b光照射时对应遏止电压Uc2大于a光照射时的遏止电压Uc1，因eU＝12mv2，所以b光照射时光电子最大初动能大，且可得νb＞νa，λb＜λa，A、D错误，C正确．b光折射率大于a光折射率，所以a光临界角大，B正确．答案：BC10．用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有( )A ．该种金属的逸出功为hc3λB ．该种金属的逸出功为hcλC ．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D ．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应 解析：由hν＝W ＋E k 知hc λ＝W 0＋12mv 21，h c 2λ＝W 0＋12mv 22，又v 1＝2v 2，所以W 0＝hc 3λ，故选项A 正确，B 错误；光的波长小于或等于3λ时方能发生光电效应，故选项C 错误，D 正确． 答案：AD 三、非选择题11．用功率P 0＝1 W 的光源照射离光源r ＝3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm 的单色光，试计算： (1)1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径r 1＝0.5×10－10 m ，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？解析：(1)离光源r ＝3 m 处的金属板1 m 2面积上1 s 内接收的光能 E 0＝P 0t 4πr2＝8.85×10－3J 每个光子的能量E ＝h cλ＝3×10－19 J所以每秒接收的光子数 n ＝8.85×10－33×10－19＝2.95×1016个．(2)每个原子的截面积为S 1＝πr 21＝7.85×10－21m 2 把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S 1上接收的光的功率 P′＝8.85×10－3×7.85×10－21 W ＝6.95×10－23 W每两个光子落在原子上的时间间隔 Δt＝E P′＝3×10－196.95×10－23 s ＝4 317 s.答案：(1)2.95×1016个 (2)4 317 s12．某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，用某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象．闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压的示数U 称为反向遏止电压．根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能．现分别用ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为U 1和U 2，设电子的比荷为em，求：(1)阴极K 所用金属的极限频率； (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h.解析：(1)由于阳极A 和阴极K 之间所加电压为反向电压，根据动能定理有 －eU 1＝0－12mv 21－eU 2＝0－12mv 22根据光电效应方程 12mv 21＝hν1－W 0 12mv 22＝hν2－W 0 其中W 0＝hνc 解以上各式得νc ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2.(2)由以上各式得eU1＝hν1－WeU2＝hν2－W解得h＝e U1－U2ν1－ν2.答案：(1)U1ν2－U2ν1U1－U2(2)e U1－U2ν1－ν2。
高考物理一轮复习-第13章 动量守恒定律 波粒二象性课件 新人教版
最新考纲
5．原子核的组成、放 射性、原子核的衰变 、半衰期Ⅰ 6．放射性同位素Ⅰ 7．核能、核反应方程 Ⅰ 8．结合能、质量亏损 Ⅰ 9．裂变反应和聚变反 应、裂变反应堆Ⅰ 10．放射性的防护Ⅰ
考向瞭望
4．原子的核式结构、玻尔理论、能 级公式、原子跃迁条件这部分内容 在选做部分出现的几率将会提高， 既可能单独出现，也可能与选修3— 5中的其他内容联合命题。 5．半衰期、质能方程的应用、计算 以及核反应方程的书写是高考的热 点问题，这部分内容较为简单，在 学习中要注意抓好基本知识。 6．裂变、聚变及三种射线，这部分 内容在高考命题中可能结合动量守 恒、电场、磁场等知识来研究带电 粒子在电场、磁场中运动。
走向高考 ·物理
版 ·高考总复习
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
第十三章
动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核
1 高考导航 2 名师点拨
高考导航
最新考纲
1.动量、动量守恒定 律及其应用Ⅱ 2．弹性碰撞和非弹 性碰撞Ⅰ 3．氢原子光谱Ⅰ 4．氢原子的能级结 构、能级公式Ⅰ
考向瞭望
1.动量守恒定律的应用是高考热点， 动量、动量的变化量两个概念常穿插 在规律中考查。 2．在高考题中动量守恒定律常与能 量转化与守恒定律结合，解决碰撞、 打击、反冲、滑块摩擦等问题，还要 重视动量守恒与圆周运动、核反应的 结合。 3．探究和验证碰撞中的动量守恒， 在高考实验考查中出现频率很高。
名师点拨
动量守恒定律、动量与能量是高考考查的重点，高考命题 常与其他知识综合出题。单独考查的题型一般为选择题，综合 其他知识考查的一般为计算题。
黑体辐射、光电效应、波粒二象性都是高考考查的重点， 经常与其他知识综合出题。考查的题型一般为选择题，难度中 等。
高三物理一轮复习 高考热点探究动量守恒律 波粒二象性 原子结构与原子核
图1图2峙对市爱惜阳光实验学校【步步高】高三物理一轮复习高考热点探究〔13〕动量守恒律波粒二象性原子结构与原子核一、动量守恒律的考查1．一炮艇总质量为M，以速度v0匀速行驶，从艇上以相对艇的速度u水平地沿方向射出一质量为m的炮弹，不计水的阻力，那么发炮后炮艇的速度v′满足以下各式中的哪一个( )A．Mv0＝(M－m)v′＋muB．Mv0＝(M－m)v′＋m(u＋v0)C．Mv0＝(M－m)v′＋m(u－v′)D．Mv0＝(M－m)v′＋m(u＋v′)2. (2021·单科·19(2))一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如图1所示．图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接．现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a 点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止．重力加速度为g.求：(1)木块在ab段受到的摩擦力f；(2)木块最后距a点的距离s.3．(2021·理综·38(2))如图2所示，滑块A、C质量均为m，滑块B质量为32m.开始时A、B分别以v1、v2的速度沿光滑水平轨道向固在右侧的挡板运动，现将C无初速地放在A上，并与A粘合不再分开，此时A与B相距较近，B与挡板相距足够远．假设B与挡板碰撞将以原速率反弹，A与B碰撞将粘合在一起．为使B能与挡板碰撞两次，v1、v2满足什么关系？二、原子与原子核4．(2021·理综·2)以下关于原子和原子核的说法正确的选项是( )A．β衰变现象说明电子是原子核的组成B．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固5．(2021·单科·1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的根底是 ( )A．α粒子的散射 B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现6．(2021·理综·16)核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．以下说法正确的选项是( )A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数三、能级跃迁7．(2021·理综·18)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，普朗克常量为h，假设氢原子从能级k跃迁到能级m，那么( ) A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1四、质能方程与核反方程8．(2021··12)(1)以下描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是( )(2)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大〞或“越小〞)．氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．(3)有些核反过程是吸收能量的．例如，在X＋14 7N→17 8O＋11H中，核反吸收的能量Q＝[(m O＋m H)－(m X＋m N)]c2.在该核反方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能E k轰击静止的14 7N核，假设E k＝Q，那么该核反能否发生？请简要说明理由．解析 (3)根据公式v ＝ΔxΔt由题图可知，撞前v A ＝164 m/s ＝4 m/s ，v B ＝ 0(1分)撞后v A ′＝v B ′＝v ＝20－168－4 m/s ＝1 m/s (1分)那么由m A v A ＝(m A ＋m B )v (1分)解得：m B ＝m A v A －m A vv＝3 kg (1分)答案 (1)BD (2)13755Cs→13756Ba ＋ 0－1e E /c 2(3)3 kg试题分析本试题在课标区多以拼盘式呈现．一般第一问为选择题，考查能级、原子核、核反问题．第二问为计算题，多考查动量守恒，两次或屡次碰撞，有时涉及临界问题．氢原子光谱、能级图及跃迁、核反方程、半衰期，动量守恒为考查的．知识链接1．动量守恒律：m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′.2．碰撞：(1)碰撞是指两个或两个以上的相对运动的物体相遇时，作用时间极短、而相互作用力很大的现象．(2)分类弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒．非弹性碰撞：碰撞过程中总机械能不守恒．完全非弹性碰撞：碰撞后物体合为一个整体，具有相同的速度．这种碰撞系统的机械能损失最大．3．玻尔的原子模型：(1)①轨道不连续；②能量不连续；③在各个态中，原子稳，不向外辐射能量．(2)能级：原子的各个不连续的能量值，叫做能级．4．氢原子能级图及跃迁规律．5．氢原子光谱．6．天然放射现象及三种射线的比拟． 7．原子核的衰变、半衰期． 8．核反及反方程式． 9．核能及计算.1．以下说法正确的选项是 ( ) A ．光电效中的光电子是从原子核内部释放出来的 B ．天然的放射现象揭示了原子核结构的复杂性C ．氢原子从高能级向低能级跃迁可以解释氢原子的发光现象D ．根据α粒子散射，建立起原子的能级结构模型2．以下说法中正确的选项是图4( )A ．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B ．卢瑟福通过α粒子散射实现现象，提出了原子的核式结构模型C ．光波是概率波，光子在和传播过程中，其位置和动量能够同时确D ．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量3．三个原子核X 、Y 、Z ，X 核射出一个正电子后变为Y 核，Y 核与质子发生核反后生成Z 核并放出一个氦(He)，那么下面说法正确的选项是 ( )A ．X 核比Z 核多一个质子B ．X 核比Z 核少一个中子C ．X 核的质量数比Z 核质量数大3D ．X 核与Z 核的总电荷是Y 核电荷的3倍4．14C 是一种半衰期为5 730年的放射性同位素．假设考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来的14，那么该古树死亡的时间距今大约 ( )A ．22 9B ．11 460年C ．5 730年D ．2 865年5．(1)核能作为一种能源在社会中已不可缺少，但平安是核电站面临的非常严峻的问题．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性相比钚这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．钚的一种同位素23994Pu 的半衰期为24 100年，其衰变方程为23994Pu→X＋42He ＋γ，以下有关说法正确的选项是 ( ) A ．X 原子核中含有143个中子B ．100个23994Pu 经过24 100年后一还剩余50个 C ．由于衰变时释放巨大能量，根据E ＝mc 2，衰变过程总质量增加 D ．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 (2)氢原子的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n＝4能级的氢原子跃迁到n ＝2的能级发出的，氢原子的能级如图4所示，普朗克常量h ＝3×10－34J·s，那么该条谱线光子 的能量为______ eV ，该条谱线光子的频率为____ Hz.(结果保存3位有效数字)(3)金属铷的极限频率为5×1014 Hz ，现用波长为5.0×10－7m的一束光照射金属铷，能否使金属铷发生光电效？假设能，请算出逸出光电图5子的最大初动能．(结果保存两位有效数字)6．(1)以下说法中错误的选项是 ( )A ．卢瑟福通过发现了质子的核反方程为42He ＋147N→178O ＋11H B ．铀核裂变的核反是23592U→14156Ba ＋9236Kr ＋210nC ．质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c2D ．原子从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收波长为λ2的光子，λ1>λ2，那么原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要吸收波长为λ1λ2λ1－λ2的光子(2)如图5所示，质量M ＝40 g 的靶盒A 静止在光滑水平导轨上的O 点，水平轻质弹簧一端拴在固挡板P 上，另一端与靶盒A 连接．Q 处有一固的发射器B ，它可以瞄准靶盒发颗水平速度为v 0＝50 m/s ，质量m ＝10 g 的弹丸．当弹丸打入靶盒A后，便留在盒内．碰撞时间极短，不计空气阻力．问：弹丸进入靶盒A 后，弹簧的最大弹性势能为多少？7．(1)核泄漏物中的碘－131具有放射性，它在自发地进行β衰变时，生成元素氙(元素符号为Xe)，同时辐射出γ射线，请完成后面的核反方程13153I→____＋____＋γ.碘－131的半衰期为8天，经过32天(约为一个月)，其剩余的碘－131为原来的________，所以在自然状态下，其辐射强度会较快减弱，不必恐慌．(2)甲、乙两冰球运发动为争抢冰球而迎面相撞，甲运发动的质量为60 kg ，乙运发动的质量为70 kg ，接触前两运发动速度大小均为5 m/s ，冲撞后甲被撞回，速度大小为2 m/s ，问撞后乙的速度多大？方向如何？答案 考题展示 1．B2．(1)mv 20－3mgh 3L (2)v 20－6gh v 20－3ghL3．v 2<v 1≤2v 2或12v 1≤v 2<23v 14．B 5.A 6.D 7.D 8．(1)A (2)越大2(hν＋E 1)m(3)42He ；不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求 预测演练1．BC 2.B 3.C 4.B 5．(1)AD (2)5 5×1014(3)能 ×10－20J6．(1)B (2) J 7．(1)13154Xe0－1e 1/16(2)1 m/s 方向与乙撞前(或甲撞后)的运动方向相反(或与甲撞前的运动方向相同)TP。
高三物理一轮复习第13章波粒二象性原子结构原子核第1节波粒二象性教师用书
第1节波粒二象性考点一I光的粒子性1.呈:子化假设黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒)组成，其能量只能是某一最小能量值£ 的整数倍,并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射.2.能量子⑴定义：不可再分的最小能量值£.(2)关系式：e=h v, a是电磁波的频率，力是普朗克常呈:，力=6. 63X10 ° J・s.3.光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表而逸出的现象，叫做光电效应，发射岀来的电子叫做光电子.4.实验规律(1)每种金属都有一个极限频率.(2)光子的最大初动能与入射光的輕无关，只随入射光的缠增大而增大.(3)光照射到金属表而时，光电子的发射几乎是瞬时的.(4)光电流的强度与入射光的輕成正比.5.爱因斯坦光电效应方程(1)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能虽:子组成的,这些能量子称为光子,频率为》的光的能疑子为方人(2)爱因斯坦光电效应方程①表达式：h #=瓦+爲或氏=h v—抵②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是这些能量一部分用于克服金属的逸岀功,剩下的表现为逸出后电子的初动能民1.对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.(3)逸岀功的大小由金属本身决建，与入射光无关.(4)光电子不是光子，而是电子.2.泄量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：氏=hU(2)最大初动能与遏止电压的关系：瓦=(3)逸出功与极限频率的关系：W^h Ko.3.光电效应的图象分析A.木棒的长度B.物体的质量C.物体的动量D.学生的个数D ［木棒的长度、物体的质量、物体的动量都可以取任意数值，因而不是疑子化的，而学生的个数只能是分立的数目，是量子化的.]2.（多选）如图13-1-1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时, 发生的现象是（）【导学号：81370420]图13-1-1A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电BC [用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表而逸岀，称之为光电子，故A错误，B正确：锌板与验电器相连，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误.]3.（2017 •湖州选考模拟）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（）A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间B [某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率髙，所以本题答案为B.]4.（2017 •丽水选考模拟）如图13-1-2所示,已知用光子能量为2. 82 eV的紫光照射光电管中的金属涂层时，亳安表的指针发生了偏转，若将电路中的滑动变阻器的滑片尸向右移动到某一位置时，亳安表的读数恰好减小到零，电压表读数为IV,则该金属涂层的逸出功约为（）图13-1-2A. 2. 9X10 19 JB. 6. 1X10 19 JC. 1.6X10 19 JD. 4.5X10-19 JA [由X-戸反,民=虫可得该金属涂层的逸出功W=h”一必=2.82 eV — 1 eV= 1.82 eV=2.9X1019 J,故A 正确.]5.（2016 •浙江4月选考）在光电效应实验中，采用极限频率为v.= 5.5X10l，Hz的钠做阴极，已知普朗克常量力=6.6X10® J・s,电子质M zo=9.1X10-31 kg.用频率r =7.5X10" Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的（）【导学号:81370421]A.动能的数量级为10 19 JB.速率的数呈:级为10s m/sC.动量的数虽级为10 ：T kg・m/sD.徳布罗意波长的数量级为10 5 mAD [根据光电效应方程瓦=爪一机W=hv^ 5： = A v - A K C=6.6X1051J* SX7.5X101* Hz-6. 6X10"51 J・ sX5.5X10u Hz = l. 32X10-19 J, A 正确：由动能氏=牛可知，光电子速率v=、y^ = 5. 4X 10' m/s, B错误；动戢p=av=9. IX 10 " h 6 6 X |Q~5<kgX5.4X105m/s=4. 914X10 25 kg・m/s, C错误：由徳布罗意波长久=扛=：亠心弋飞m=1.34X10 9 m, D 正确.]考点二丨粒子的波动性概率波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有住性.(2)光电效应说明光具有粒子性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性.2.物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长久=£，P为运动物体的动量，力为普朗克常量.3.概率波：大量光子产生的效果显示出波动性,个别光子产生的效果显示出粒子性, 光波是概率波,光子的行为服从统计规律,对于电子和其他微粒，由于同样具有波粒二象性，所以它们的物质波也是概率波.4.不确定性关系在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测泄的，在量子力学中，要同时测岀微观粒子的位置和动量是不可能的，我们把这种关系叫做丕砸定性关系.（1）光具有波粒二象性，光波是一种概率波.（2）单个光子的落点位置是不确左的，大疑光子运动时落点位置服从概率分布规律.1.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图13-1-3所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明（）图13-1-3A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性D [光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确.]2.如果一个电子的徳布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_________ 也相等.（）A.速度B.动能C.动量D.总能量C [根据徳布罗意波长公式入=?选C.]3.（多选）下列各种波是概率波的是（）A.声波B.无线电波C.光波D.物质波CD [声波是机械波，A错；电磁波是一种能疑波，B错：由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C、D正确.]4.（多选）关于不确泄性关系有以下几种理解，其中正确的是（）4兀【导学号:81370422]A.微观粒子的动量不可能确定B.微观粒子的坐标不可能确左C.微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D.不确泄性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子CD [不确泄性关系“皿三表示确定位置、动量的精度互相制约，此消彼长，当粒子位置的不确左性变小时，粒子动量的不确左性变大；当粒子位置的不确泄性变大时，粒子动疑的不确左性变小，故不能同时准确确左粒子的动量和坐标.不确左性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微.]。
人教版高考一轮复习专题：动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核(含答案)
人教版物理高考复习专题动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核一、单选题(共10小题,每小题5.0分,共50分)1.下列说法正确的是（）A．结合能越大表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定B．β射线和光电效应中逸出的电子都是原子核衰变产生的C．均匀变化的电场可以产生电磁波D．在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。
2.以下说法正确的是()A．所有原子核中的质子数和中子数都相等B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应3.在光滑的水平面上，质量m1＝2 kg 的球以速度v1＝5 m/s和静止的质量为m2＝1 kg的球发生正碰，碰后m2的速度v2′＝4 m/s，则碰后m1( )A．以3 m/s的速度反弹B．以3 m/s的速度继续向前运动C．以1 m/s的速度继续向前运动D．立即停下4.关于下列四幅图说法中错误的是A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的B．光电效应实验说明了光具有粒子性C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性D．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大5.下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（）(填选项前的字母)A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D．Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克6.Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有γ射线产生其方程为Th→Pa+x，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是（）A． x为质子B． x是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C．γ射线是钍原子核放出的D． 1g钍Th经过120天后还剩0.2g钍7.（多选）如图所示，一内外侧均光滑的半圆柱槽置于光滑的水平面上．槽的左侧有一竖直墙壁．现让一小球(可认为质点)自左端槽口A点的正上方从静止开始下落，与半圆槽相切并从A点进入槽内，则下列说法正确的是()A．小球离开右侧槽口以后，将做竖直上抛运动B．小球在槽内运动的全过程中，只有重力对小球做功C．小球在槽内运动的全过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒D．小球在槽内运动的全过程中，小球与槽组成的系统水平方向上的动量不守恒8.如图是氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是( )A． HαB． HβC． HγD． Hδ9.如图4所示，“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮，是天津市的地标之一．摩天轮悬挂透明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动．下列叙述正确的是()图4A．摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变B．在最高点时，乘客重力大于座椅对他的支持力C．摩天轮转动一周的过程中，乘客重力的冲量为零D．摩天轮转动过程中，乘客重力的瞬时功率保持不变10.如图，若x轴表示时间，y轴表示位置，则该图像反映了某质点做匀速直线运动时，位置与时间的关系。
高考物理 知识复习与检测 第十三章 运动守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第2讲 光电效应 波粒二象性
第2讲光电效应波粒二象性一、普朗克能量子假说黑体与黑体辐射1．黑体与黑体辐射(1)黑体：如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体．(2)黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．2．普朗克能量子假说当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小能量值ε叫做能量子．ε＝hν.二、光电效应及其规律1．光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的极限频率．3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.(4)当入射光的频率大于等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．4．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值．(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． (4)光电效应方程①表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． 三、光的波粒二象性 物质波 1．光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．1．判断下列说法是否正确．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × )(2)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功．( √ ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．( × ) (4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )(5)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律．( × ) (6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性．( √ ) (7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性．( √ )2．(多选)如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )图1A ．有光子从锌板逸出B ．有电子从锌板逸出C ．验电器指针张开一个角度D ．锌板带负电 答案 BC3．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 答案 AD解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B 错误．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于等于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据h ν－W 逸＝12mv 2可知，增加入射光频率，光电子的最大初动能增大，故选项D 正确． 4．有关光的本性，下列说法正确的是( )A ．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B ．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C ．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种性质去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 答案 D5．黑体辐射的规律如图2所示，从中可以看出，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都________(填“增大”“减小”或“不变)，辐射强度的极大值向波长________(填“较长”或“较短”)的方向移动．图2答案减少较长解析由题图可知，随着温度的降低，相同波长的光辐射强度都会减小；同时最大辐射强度向右侧移动，即向波长较长的方向移动.命题点一光电效应的实验规律1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0.例1(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高，最大初动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．1．(多选)下列对光电效应的理解，正确的是( )A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同答案BD2.(多选)用如图3所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )图3A ．a 光的频率一定大于b 光的频率B ．只增加a 光的强度可使通过电流计G 的电流增大C ．增加b 光的强度可能使电流计G 的指针发生偏转D ．用a 光照射光电管阴极K 时通过电流计G 的电流是由d 到c 答案 AB3．如图4甲所示为光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极K 上时，电流表中有电流通过．图4(1)当变阻器的滑片P 向________滑动时(填“左”或“右”)，通过电流表的电流将会减小． (2)由乙图I －U 图象可知光电子的最大初动能为________．(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能__________(填“增加”“减小”或“不变”)． 答案 (1)右 (2)2 eV (3)不变解析 (1)由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P 向右移动时，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流减小．(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U ，根据动能定理得，eU ＝12mv 2m ，则光电子的最大初动能为2 eV.(3)根据光电效应方程E km ＝h ν－W 0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变．命题点二光电效应方程和光电效应图象1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象例2用如图5甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________ J，金属的逸出功为________ J.图5答案 3.2×10－19 4.8×10－19解析由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压等于－2 V时，电流表示数为0，则光电子的最大初动能为E km＝2 eV＝3.2×10－19 J，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，W0＝3 eV＝4.8×10－19 J.例3(2016·江苏单科·12C)(1)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是________．A.14 6C→14 7N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10n(2)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为________，用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．(3)几种金属的逸出功W0见下表：用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34J·s.答案 (1)A (2)h νc 2h νc(3)钠、钾、铷能发生光电效应． 解析 (1)A 属于β衰变，B 属于裂变，C 是聚变，D 是原子核的人工转变，故选A 项． (2)光子的动量p ＝h νc选光被镜面反射回去的方向为正方向，则p 1＝－h νcp 2＝h νc，动量的变化量Δp ＝p 2－p 1＝2h νc.(3)光子的能量E ＝hcλ取λ＝4.0×10－7m ，则E ≈5.0×10－19J根据E >W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．4．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图6所示．则可判断出( )图6A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 答案 B解析 由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A 错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C 、D 均错，B 正确． 5．(多选)如图7所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5)．由图可知( )图7A ．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B ．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C ．该图线的斜率表示普朗克常量 D ．该金属的逸出功为0.5 eV 答案 AC解析 图线在横轴上的截距为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝h ν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为：W 0＝h ν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D 错误．6．如图8甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，实验测得流过Ⓖ表的电流I 与AK 之间的电势差U AK 满足如图乙所示规律，取h ＝6.63×10－34J·s.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)图8(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能． (2)该阴极材料的极限波长． 答案 (1)4.0×1012个 9.6×10－20J (2)0.66 μm解析 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：E km＝eU c＝1.6×10－19C×0.6 V＝9.6×10－20 J.(2)设该阴极材料的极限波长为λc，根据爱因斯坦光电效应方程：E km＝h cλ－hcλc，代入数据得λc≈0.66 μm.命题点三光的波粒二象性和物质波光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象：频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子．例4(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( ) A．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹B．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关答案BC解析β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故A错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故B正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故C 正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故D错误．7．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应答案 C8．1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图9所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是( )图9A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案 C9．(多选)(2015·江苏物理·12C(1))波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案AB解析光电效应说明光具有粒子性，A正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，德布罗意波长不相等，D错误．题组1 光电效应实验规律的理解1．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使金属产生光电效应的措施是( ) A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间答案 B2．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc，则( )A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析该金属的截止频率为νc，则可知逸出功W0＝hνc，逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误；由光电效应的实验规律可知A正确；由光电效应方程E k ＝hν－W0，将W0＝hνc代入可知B正确，D错误．3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了答案 A解析光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．4．(多选)如图1所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )图1A ．入射光太弱B ．入射光波长太长C ．光照时间短D ．电源正、负极接反答案 BD解析 入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B 正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D 正确．题组2 光电效应方程和光电效应图象的应用5．(多选)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图2所示．则这两种光( )图2A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子的最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大答案 BC解析 由图可知b 光照射时对应遏止电压U c2大于a 光照射时的遏止电压U c1，因eU c ＝12mv 2，所以b 光照射时光电子的最大初动能大，且可得νb ＞νa ，λb ＜λa ，A 、D 错误，C 正确；b 光折射率大于a 光折射率，所以a 光临界角大 ，B 正确．6.(多选)如图3所示，是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )图3A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h νcC ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E 2答案 ABC解析 由爱因斯坦光电效应方程可得：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h νc ，A 、B 均正确；若入射光的频率为2νc ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h νc －W 0＝h νc ＝E ，故C 正确；入射光的频率为νc 2时，该金属不发生光电效应，D 错误． 7．如图4所示是研究光电管产生的电流的电路图，A 、K 是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为νc .现将频率为ν(大于νc )的光照射在阴极上，则：图4(1)________是阴极，阴极材料的逸出功等于________．(2)加在A 、K 间的正向电压为U 时，到达阳极的光电子的最大动能为________，将A 、K 间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是________．(3)为了阻止光电子到达阳极，在A 、K 间应加上的最小反向电压U 反＝________. 答案 (1)K h νc (2)h ν－h νc ＋eU 逐渐增大，直至保持不变 (3)h ν－h νc e解析 (1)被光照射的金属将有光电子逸出，故K 是阴极，逸出功与极限频率的关系为W 0＝h νc .(2)根据光电效应方程可知，逸出的光电子的最大初动能为h ν－h νc ，经过电场加速获得的能量为eU ，所以到达阳极的光电子的最大动能为h ν－h νc ＋eU ，随着电压增加，单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多，但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时，再增大电压，也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多．所以，电流表的示数先是逐渐增大，直到保持不变．(3)从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速，如果h ν－h νc ≤eU 反，就将没有光电子能够到达阳极，所以U 反≥h ν－h νc e. 题组3 对光的波粒二象性的理解8．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图5所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )图5A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性答案 D解析 光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确．9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为( )A.λ1λ2λ1＋λ2B.λ1λ2λ1－λ2 C.λ1＋λ22D.λ1－λ22 答案 A解析 中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝h λ2，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝h p 3＝λ1λ2λ1＋λ2，A 正确．。
高考物理 知识复习与检测 第十三章 运动守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第1讲 动量 动量守恒定律
第十三章 运动守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核第1讲 动量 动量守恒定律一、冲量、动量和动量定理 1．冲量(1)定义：力和力的作用时间的乘积．(2)公式：I＝Ft，适用于求恒力的冲量．(3)方向：与力的方向相同．2．动量(1)定义：物体的质量与速度的乘积．(2)表达式：p＝mv.(3)单位：千克·米/秒；符号：kg·m/s.(4)特征：动量是状态量，是矢量，其方向和速度方向相同．3．动量定理(1)内容：物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量．(2)表达式：F合·t＝Δp＝p′－p.(3)矢量性：动量变化量的方向与合力的方向相同，可以在力的方向上用动量定理．(4)动能和动量的关系：E k＝p22m.二、动量守恒定律1．内容如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变．2．表达式(1)p＝p′，系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．(3)Δp1＝－Δp2，相互作用的两个物体动量的变化量等大反向．(4)Δp＝0，系统总动量的增量为零．3．适用条件(1)理想守恒：不受外力或所受外力的合力为零．(2)近似守恒：系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力．(3)某一方向守恒：如果系统在某一方向上所受外力的合力为零，则系统在这一方向上动量守恒．深度思考判断下列说法是否正确．(1)动量越大的物体，其质量越大．( ×)(2)两物体动能相等，动量一定相等．( ×)(3)物体所受合力不变，则动量也不改变．( ×)(4)物体沿水平面运动，重力不做功，其冲量为零．( ×)(5)物体所受的合力的冲量方向与物体动量变化的方向相同．( √)(6)系统的动量守恒时，机械能也一定守恒．( ×)三、碰撞问题1．定义：两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生非常大的相互作用的过程．2．碰撞特征(1)作用时间短．(2)作用力变化快．(3)内力远大于外力．(4)满足动量守恒．3．碰撞的分类及特点(1)弹性碰撞：动量守恒，机械能守恒．(2)非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒．(3)完全非弹性碰撞：动量守恒，机械能损失最大．1.下列说法正确的是( )A．速度大的物体，它的动量一定也大B．动量大的物体，它的速度一定也大C．只要物体的运动速度大小不变，物体的动量就保持不变D．物体的动量变化越大则该物体的速度变化一定越大答案 D2．质量是60 kg的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护，他被悬挂起来．已知安全带的缓冲时间是1.2 s，安全带长5 m，取g＝10 m/s2，则安全带所受的平均冲力的大小为( )A．500 N B．600 N C．1 100 N D．100 N答案 C解析 安全带长5 m ，人在这段距离上做自由落体运动，获得的速度v ＝2gh ＝10 m/s.受安全带的保护经1.2 s 速度减小为0，对此过程应用动量定理，以向上为正方向，有(F －mg )t ＝0－(－mv )，则F ＝mvt＋mg ＝1 100 N ，C 正确．3．(多选)质量为m 的物体以初速度v 0开始做平抛运动，经过时间t ，下降的高度为h ，速度变为v ，在这段时间内物体动量变化量的大小为( ) A ．m (v －v 0) B ．mgt C ．m v 2－v 20 D ．m 2gh答案 BCD4．A 球的质量是m ，B 球的质量是2m ，它们在光滑的水平面上以相同的动量运动．B 在前，A 在后，发生正碰后，A 球仍朝原方向运动，但其速率是原来的一半，碰后两球的速率比v A ′∶vB ′为( )A ．1∶2 B．1∶3 C．2∶1 D．2∶3 答案D命题点一 动量定理的理解和应用 1．动量、动能、动量变化量的比较2.动量定理理解的要点 (1)矢量式．(2)F 既可以是恒力也可以是变力． (3)冲量是动量变化的原因． (4)由Ft ＝p ′－p ，得F ＝p ′－p t ＝Δpt，即物体所受的合力等于物体的动量对时间的变化率． 3．用动量定理解释现象(1)Δp 一定时，F 的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小．(2)F 一定，此时力的作用时间越长，Δp 就越大；力的作用时间越短，Δp 就越小． 分析问题时，要把哪个量一定，哪个量变化搞清楚． 4．应用动量定理解题的步骤(1)确定研究对象：可以是单个物体，也可以是几个物体组成的系统． (2)进行受力分析：分析研究对象以外的物体施加给研究对象的力．(3)分析运动过程，选取正方向，确定初、末状态的动量以及整个过程合力的冲量． (4)列方程：根据动量定理列方程求解．例1 如图1所示，质量为M 的小船在静止水面上以速率v 0向右匀速行驶，一质量为m 的救生员站在船尾，相对小船静止．若救生员以相对水面速率v 水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为( )图1A ．v 0＋mM v B ．v 0－m M v C ．v 0＋m M(v 0＋v ) D ．v 0＋m M(v 0－v )答案 C解析 救生员跃出时，船和救生员组成的系统动量守恒．初状态：救生员和小船相对静止以速率v 0向右匀速行驶；末状态：救生员以速率v 水平向左运动，设小船的速度为v ′.取向右为正方向，由动量守恒定律可得(M ＋m )v 0＝m (－v )＋Mv ′，则v ′＝v 0＋mM(v 0＋v )．1．篮球运动员通常伸出双手迎接传来的篮球．接球时，两手随球迅速收缩至胸前．这样做可以( )A ．减小球对手的冲量B ．减小球对手的冲击力C ．减小球的动量的变化量D ．减小球的动能的变化量 答案 B解析 由动量定理Ft ＝Δp 知，接球时两手随球迅速收缩至胸前，延长了手与球接触的时间，从而减小了球对手的冲击力，选项B 正确．2．如图2所示，静止在光滑水平面上的小车质量M ＝20 kg.从水枪中喷出的水柱的横截面积S ＝10 cm 2，速度v ＝10 m/s ，水的密度ρ＝1.0×103kg/m 3.若用水枪喷出的水从车后沿水平方向冲击小车的前壁，且冲击到小车前壁的水全部沿前壁流进小车中．当有质量m ＝5 kg 的水进入小车时，试求：图2(1)小车的速度大小； (2)小车的加速度大小． 答案 (1)2 m/s (2)2.56 m/s 2解析 (1)流进小车的水与小车组成的系统动量守恒，设当进入质量为m 的水后，小车速度为v 1，则mv ＝(m ＋M )v 1，即v 1＝mvm ＋M＝2 m/s (2)质量为m 的水流进小车后，在极短的时间Δt 内，冲击小车的水的质量Δm ＝ρS (v －v 1)Δt ，设此时水对车的冲击力为F ，则车对水的作用力为－F ，由动量定理有－F Δt ＝Δmv 1－Δmv ，得F ＝ρS (v －v 1)2＝64 N ，小车的加速度a ＝FM ＋m＝2.56 m/s 2.命题点二 动量守恒定律的理解和应用 1．动量守恒定律的“五性”2.应用动量守恒定律的解题步骤(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)； (2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上是否守恒)； (3)规定正方向，确定初末状态动量； (4)由动量守恒定律列出方程；(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明． 3．应用动量守恒定律时的注意事项(1)动量守恒定律的研究对象都是相互作用的物体组成的系统．系统的动量是否守恒，与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系．(2)分析系统内物体受力时，要弄清哪些力是系统的内力，哪些力是系统外的物体对系统的作用力．例2 如图3所示，甲车质量m 1＝m ，在车上有质量M ＝2m 的人，甲车(连同车上的人)从足够长的斜坡上高h 处由静止滑下，到水平面上后继续向前滑动，此时m 2＝2m 的乙车正以速度v 0迎面滑来，已知h ＝2v 2g，为了使两车不发生碰撞，当两车相距适当距离时，人从甲车跳上乙车，试求人跳离甲车的水平速度(相对地面)应满足什么条件？不计地面和斜坡的摩擦，小车和人均可看成质点．图3①使两车不发生碰撞．②不计地面和斜坡的摩擦，小车和人均可看成质点．答案135v 0≤v ≤113v 0解析 设向左为正方向，甲车(包括人)滑下斜坡后速度为v 1，由机械能守恒定律有12(m 1＋M )v 21＝(m 1＋M )gh ，解得v 1＝2v 0设人跳出甲车的水平速度(相对地面)为v ，在人跳离甲车和人跳上乙车过程中各自动量守恒，设人跳离甲车和跳上乙车后，两车的速度分别为v 1′和v 2′，则人跳离甲车时：(M ＋m 1)v 1＝Mv ＋m 1v 1′人跳上乙车时：Mv －m 2v 0＝(M ＋m 2)v 2′ 解得v 1′＝6v 0－2v ，v 2′＝12v －12v 0两车不发生碰撞的临界条件是v 1′＝±v 2′ 当v 1′＝v 2′时，解得v ＝135v 0当v 1′＝－v 2′时，解得v ＝113v 0 故v 的取值范围为135v 0≤v ≤113v 0.“三个物体，两次作用”是近几年考查动量守恒定律应用的模型之一，且常涉及临界问题.由于作用情况及作用过程较为复杂，要根据作用过程中的不同阶段，建立多个动量守恒方程，或将系统内的物体按作用的关系分成几个小系统，分别建立动量守恒方程，联立求解.3．(多选)如图4所示，弹簧的一端固定在竖直墙上，质量为m 的光滑弧形槽静止在光滑水平面上，底部与水平面平滑连接，一个质量也为m 的小球从槽上高h 处由静止开始自由下滑( )图4A ．在下滑过程中，小球和槽之间的相互作用力对槽不做功B ．在下滑过程中，小球和槽组成的系统水平方向动量守恒C ．被弹簧反弹后，小球和槽都做速率不变的直线运动D ．被弹簧反弹后，小球能回到槽上高h 处 答案 BC解析 在下滑过程中，小球和槽之间的相互作用力对槽做功，选项A 错误；在下滑过程中，小球和槽组成的系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，选项B正确；小球被弹簧反弹后，小球和槽在水平方向不受外力作用，故小球和槽都做匀速运动，选项C 正确；小球与槽组成的系统动量守恒，球与槽的质量相等，小球沿槽下滑，球与槽分离后，小球与槽的速度大小相等，小球被弹簧反弹后与槽的速度相等，故小球不能滑到槽上，选项D错误．4．如图5所示，光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动．两球质量关系为m B＝2m A，规定向右为正方向，A、B两球的动量均为6 kg·m/s，运动中两球发生碰撞，碰撞后A球的动量增量为－4 kg·m/s，则( )图5A．左方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5B．左方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10C．右方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5D．右方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10答案 A解析由两球的动量都是6 kg·m/s可知，运动方向都向右，且能够相碰，说明左方是质量小速度大的小球，故左方是A球．碰后A球的动量减少了4 kg·m/s，即A球的动量为2 kg·m/s，由动量守恒定律知B球的动量为10 kg·m/s，则其速度比为2∶5，故选项A是正确的．5．如图6所示，质量为m＝245 g的物块(可视为质点)放在质量为M＝0.5 kg的木板左端，足够长的木板静止在光滑水平面上，物块与木板间的动摩擦因数为μ＝0.4.质量为m0＝5 g 的子弹以速度v0＝300 m/s沿水平方向射入物块并留在其中(时间极短)，g取10 m/s2.子弹射入后，求：图6(1)子弹进入物块后一起向右滑行的最大速度v1.(2)木板向右滑行的最大速度v2.(3)物块在木板上滑行的时间t.答案(1)6 m/s (2)2 m/s (3)1 s解析(1)子弹进入物块后一起向右滑行的初速度即为物块的最大速度，由动量守恒定律可得：m0v0＝(m0＋m)v1解得v1＝6 m/s(2)当子弹、物块、木板三者共速时，木板的速度最大，由动量守恒定律可得：(m0＋m)v1＝(m0＋m＋M)v2解得v2＝2 m/s(3)对物块和子弹组成的整体应用动量定理得：－μ(m0＋m)gt＝(m0＋m)v2－(m0＋m)v1解得：t＝1 s命题点三碰撞现象1．物体的碰撞是否为弹性碰撞的判断弹性碰撞是碰撞过程中无机械能损失的碰撞，遵循的规律是动量守恒定律和机械能守恒定律，确切地说是碰撞前后系统动量守恒，动能不变．(1)题目中明确告诉物体间的碰撞是弹性碰撞．(2)题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子(原子等微观粒子)碰撞的，都是弹性碰撞．2．碰撞现象满足的规律(1)动量守恒定律．(2)机械能不增加．(3)速度要合理．①碰前两物体同向运动，若要发生碰撞，则应有v后＞v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v前′≥v后′；②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变．3．对反冲现象的三点说明(1)系统内的不同部分在强大内力作用下向相反方向运动，通常用动量守恒来处理． (2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总机械能增加． (3)反冲运动中平均动量守恒． 4．爆炸现象的两个规律(1)动量守恒：由于爆炸是在极短的时间内完成的，爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力，所以在爆炸过程中，系统的总动量守恒．(2)动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能，所以爆炸后系统的总动能增加．例3 如图7所示，质量均为m 的小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上，质量为2m 的小明站在小车上用力向右迅速推出木箱，木箱相对于冰面的速度为v ，接着木箱与右侧竖直墙壁发生弹性碰撞，反弹后被小明接住，求小明接住木箱后三者共同速度的大小．图7答案 v2解析 取向左为正方向，根据动量守恒定律得推出木箱的过程有 0＝(m ＋2m )v 1－mv 接住木箱的过程有mv ＋(m ＋2m )v 1＝(m ＋m ＋2m )v 2解得共同速度v 2＝v2.1．碰撞是否为弹性碰撞要看题目中是否给出相关关键词语，如“弹性小球”“无能量损失”等．2．正碰是碰撞前后两物体动量均共线的碰撞，不一定是弹性碰撞．6．(多选)两个小球A 、B 在光滑水平面上相向运动，已知它们的质量分别是m 1＝4 kg ，m 2＝2 kg ，A 的速度v 1＝3 m/s(设为正)，B 的速度v 2＝－3 m/s ，则它们发生正碰后，其速度可能分别是( ) A ．均为1 m/s B ．＋4 m/s 和－5 m/s C ．＋2 m/s 和－1 m/s D ．－1 m/s 和＋5 m/s 答案 AD解析 由动量守恒，可验证四个选项都满足要求．再看动能情况E k ＝12m 1v 21＋12m 2v 22＝12×4×9 J＋12×2×9 J＝27 JE k ′＝12m 1v 1′2＋12m 2v 2′2由于碰撞过程动能不可能增加，所以应有E k ≥E k ′，可排除选项B.选项C 虽满足E k ≥E k ′，但A 、B 沿同一直线相向运动，发生碰撞后各自仍能保持原来速度方向(v A ′>0，v B ′<0)，这显然是不符合实际的，因此C 错误．验证选项A 、D 均满足E k ≥E k ′，故选A(完全非弹性碰撞)和D(弹性碰撞)．题组1 动量、冲量和动量定理的理解及应用1．一个质量是5 kg 的小球以5 m/s 的速度竖直落到地板上，随后以3 m/s 的速度反向弹回，若取竖直向下的方向为正方向，则小球动量的变化量是( ) A ．10 kg·m/s B ．－10 kg·m/s C ．40 kg·m/s D ．－40 kg·m/s答案 D2．一位质量为m 的运动员从下蹲状态向上起跳，经Δt 时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v ，在此过程中( )A ．地面对他的冲量为mv ＋mg Δt ，地面对他做的功为12mv 2B ．地面对他的冲量为mv ＋mg Δt ，地面对他做的功为零C ．地面对他的冲量为mv ，地面对他做的功为12mv 2D ．地面对他的冲量为mv －mg Δt ，地面对他做的功为零 答案 B3．物体在恒定的合力作用下做直线运动，在时间t1内动能由零增大到E1，在时间t2内动能由E1增加到2E1，设合力在时间t1内做的功为W1，冲量为I1，在时间t2内做的功是W2，冲量为I2，则( )A．I1＜I2，W1＝W2B．I1＞I2，W1＝W2C．I1＞I2，W1<W2D．I1＝I2，W1＜W2答案 B4．如图1所示，一质量为M的长木板在光滑水平面上以速度v0向右运动，一质量为m的小铁块在木板上以速度v0向左运动，铁块与木板间存在摩擦，为使木板能保持速度v0向右匀速运动，必须对木板施加一水平力，直至铁块与木板达到共同速度v0.设木板足够长，求此过程中水平力的冲量大小．图1答案2mv0解析考虑M、m组成的系统，设M运动的方向为正方向，根据动量定理有Ft＝(M＋m)v0－(Mv0－mv0)＝2mv0则水平力的冲量I＝Ft＝2mv0.题组2 动量守恒定律的理解和应用5．(多选)光滑水平地面上，A、B两物体质量都为m，A以速度v向右运动，B原来静止，左端有一轻弹簧，如图2所示，当A撞上弹簧，弹簧被压缩最短时( )图2A．A、B系统总动量仍然为mvB．A的动量变为零C．B的动量达到最大值D．A、B的速度相等答案AD解析系统水平方向动量守恒，A正确；弹簧被压缩到最短时A、B两物体具有相同的速度，D正确，B错误；但此时B的速度并不是最大的，因为弹簧还会弹开，故B物体会进一步加速，A物体会进一步减速，C错误．6．如图3所示，一辆小车静置于光滑水平面上，车的左端固定有一个水平弹簧枪，车的右端有一个网兜．若从弹簧枪中发射出一粒弹丸，弹丸恰好能落入网兜中，从弹簧枪发射弹丸以后，下列说法正确的是( )图3A．小车先向左运动一段距离然后停下B．小车先向左运动又向右运动，最后回到原位置停下C．小车一直向左运动下去D．小车先向左运动，后向右运动，最后保持向右匀速运动答案 A7．(多选)如图4所示，A、B两物体质量之比m A∶m B＝3∶2，原来静止在平板小车C上．A、B间有一根被压缩的弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则下列说法中正确的是( )图4A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒答案BCD解析如果A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，弹簧释放后A、B分别相对小车向左、向右滑动，它们所受的滑动摩擦力F f A向右，F f B向左，由于m A∶m B＝3∶2，所以F f A∶F f B＝3∶2，则A、B组成的系统所受的外力之和不为零，故其动量不守恒，A错．对A、B、C组成的系统，A、B与C间的摩擦力为内力，该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力，它们的合力为零，故该系统的动量守恒，B、D均正确．若A、B所受摩擦力大小相等，则A、B组成的系统所受外力之和为零，故其动量守恒，C正确．8.如图5所示，两块厚度相同的木块A、B，紧靠着放在光滑的桌面上，其质量分别为2.0 kg、0.9 kg，它们的下表面光滑，上表面粗糙，另有一质量为0.10 kg的铅块C(大小可以忽略)以10 m/s 的速度恰好水平地滑到A 的上表面，由于摩擦，铅块C 最后停在木块B 上，此时B 、C 的共同速度v ＝0.5 m/s.求木块A 的最终速度和铅块C 刚滑到B 上时的速度．图5答案 0.25 m/s 2.75 m/s解析 铅块C 在A 上滑行时，木块一起向右运动，铅块C 刚离开A 时的速度设为v C ′，A 和B 的共同速度为v A ，在铅块C 滑过A 的过程中，A 、B 、C 所组成的系统动量守恒，有m C v 0＝(m A ＋m B )v A ＋m C v C ′在铅块C 滑上B 后，由于B 继续加速，所以A 、B 分离，A 以v A 匀速运动，在铅块C 在B 上滑行的过程中，B 、C 组成的系统动量守恒，有m B v A ＋m C v C ′＝(m B ＋m C )v 代入数据解得v A ＝0.25 m/s ，v C ′＝2.75 m/s. 题组3 碰撞现象的分析9．如图6所示，在光滑水平面的左侧固定一竖直挡板，A 球在水平面上静止放置，B 球向左运动与A 球发生正碰，B 球碰撞前、后的速率之比为3∶1，A 球垂直撞向挡板，碰后以原速率返回．两球刚好不发生第二次碰撞，A 、B 两球的质量之比为________，A 、B 两球碰撞前、后总动能之比为________．图6答案 4∶1 9∶5解析 设A 、B 两球的质量分别为m A 和m B ，A 球碰撞后的速度大小为v A 2，B 球碰撞前、后的速度大小分别为v B 1和v B 2，由题意知v B 1∶v B 2＝3∶1，v A 2＝v B 2.A 、B 碰撞过程由动量守恒定律得m B v B 1＝m A v A 2－m B v B 2，所以有m A m B ＝v B 1＋v B 2v A 2＝41.碰撞前、后的总动能之比为12m B v 2B 112m B v 2B 2＋12m A v 2A 2＝95.10．如图7所示，光滑水平面上有三个滑块A 、B 、C ，质量关系是m A ＝m C ＝m 、m B ＝m2.开始时滑块B 、C 紧贴在一起，中间夹有少量炸药，处于静止状态，滑块A 以速度v 0正对B 向右运动，在A 未与B 碰撞之前，引爆了B 、C 间的炸药，炸药爆炸后B 与A 迎面碰撞，最终A 与B 粘在一起，以速率v 0向左运动．求：图7(1)炸药爆炸过程中炸药对C 的冲量； (2)炸药的化学能有多少转化为机械能？ 答案 见解析解析 (1)全过程，A 、B 、C 组成的系统动量守恒m A v 0＝－(m A ＋m B )v 0＋m C v C炸药对C 的冲量：I ＝m C v C －0 解得：I ＝52mv 0，方向向右(2)炸药爆炸过程，B 和C 组成的系统动量守恒m C v C －m B v B ＝0据能量关系得：ΔE ＝12×m 2v 2B ＋12mv 2C解得：ΔE ＝758mv 20.。
2017年高考物理一轮复习 第13章 动量守恒定律 波粒二象性 第1讲 动量守恒定律及其应用课件 新
D．100N
解析：选取人为研究对象，人下落过程中由 v2＝2gh，v＝ 10m/s，缓冲过程由动量定理得(F－mg)t＝mv，
F＝mtv＋mg＝1100N。由牛顿第三定律可知，安全带所受 的平均冲力为 1100N。
动量守恒定律的理解和应用
1．如何判断系统动量是否守恒 在某一物理过程中，系统的动量是否守恒，与所选取的系 统有关。判断动量是否守恒，必须明确所研究的对象和过程， 即哪个系统在哪个过程中，常见的判断方法有两种： (1)直接分析系统在所研究的过程中始、末状态的动量，分 析动量是否守恒。 (2)分析系统在所研究的过程中的受力情况，看系统的受力 情况是否符合动量守恒的条件。
解析：用动量定理求解，研究全过程。选物体作为研究对 象，研究整个运动过程，这个过程的始、终状态的物体速度都 等于零。
取水平力 F 的方向为正方向，根据动量定理得 (F－μmg)t1＋(－μmg)t2＝0 解得 t2＝F－μmμgmgt1＝300－.20×.25××51×010×6s＝12s。 答案：12s
(6)√ (7)√ (8)√
2．如图所示，一个质量为 0.18kg 的垒球， 以 25m/s 的水平速度飞向球棒，被球棒打击后 反向水平飞回，速度大小变为 45m/s，则这一 过 程 中 动 量 的 变 化 量 为 导学号 05801593
() A．大小为 3.6kg·m/s，方向向左 B．大小为 3.6kg·m/s，方向向右 C．大小为 12.6kg·m/s，方向向左 D．大小为 12.6kg·m/s，方向向右
(4)动量定理的表达式是矢量式。在一维的情况下，选定正 方向后可将矢量运算简化为代数运算。
(5)动量定理具有普适性，不论物体的运动轨迹是直线还是 曲线，不论作用力是恒力还是变力，不论几个力作用的时间是 相同还是不相同，动量定理都适用。
高考物理大一轮复习第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核章末检测
章末检测动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核(时间：60分钟满分：100分)1. (1)(4分)据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源•在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是 _________________ .A. 1；N+ 1HB. 1H+ ?HH 2He+ O nC. UUR 20Th+ ；He235. ■ 1 141 92 1D. 92 U+ o n f 56 Ba+ 36Kr + 3o n234 234 0E. 90Th f 91 Pa+ -1e(2)(6分)如右图所示，在光滑水平直导轨上，静止放置三个质量均为m^ 1 kg的相同小球A、B C.现让A球以v°= 2 m/sA H C的速度向B球运动，A、B两球碰撞后粘在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，C球的最终速度V C= 1 m/s，则：①A、B两球跟C球相碰前的共同速度为多大？②两次碰撞过程中一共损失了多少动能.解析：(1)A项是发现质子的核反应方程，C项是铀238的衰变方程，D项是铀235的裂变方程，E项是钍234的衰变方程，B项正确.(2)①A B相碰满足动量守恒定律：mv = 2mv则A、B两球与C球碰前的共同速度为V1= 1 m/s②两球与C碰撞同样满足动量守恒定律：2mv= mv+ 2mv；代入数据后可得两球与C球碰后的速度v2= 0.5 m/s1 2 1 2 1 2△E<= 2mv- ^mv C- §X2 mv =2 J —0.5 J —0.25 J=1.25 J答案：(1)B (2)① 1 m/s ② 1.25 J2. (1)(4234分）（多选）钍核（90 Th ）具有放射性，它能放出一个电子衰变成234(91Pa ），伴随该 过程会放出丫光子，下列说法中正确的是A. 因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损B. Y 光子是衰变过程中钍核（^Th ）辐射的C. 给钍加热，钍的半衰期将变短D. 原子核的天然放射现象说明原子核是可分的（2）（6分）质量为M 的物块静止在光滑水平桌面上，质量为m 的子弹以水平速度 V 0射入物 块后，以水平速度 字射出，则物块的速度为 _____________ ，此过程中损失的机械能为3解析：（1）衰变过程中原子核的质量数守恒，但是会出现质量亏损， A 错误；给钍加热,钍的半衰期不变，C 错误.⑵ 由动量守恒定律有： mv = Mv+ |m\6,得v =器，损失的机械能为1 2 1 2 1 2 2△ — 2mv -2Mv -2m 3v 02(5M- m ) mv18M答案：（1）BD 2mv (5M- m ) mv(2)-3M 18M①碘131核的衰变方程：53I T （衰变后的兀素用 X 表示）.（2）（6 分）玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，提出具有量子特征的氢原子模 型，其能级图如图所示. 有一个发光管里装有大量处于 n = 4能级的氢原子，利用这个发光管的光线照射金属钠的表面•已知金属钠的极限频率是5.53 x 1014Hz ,普朗克常量 h—34 — 19=6.63 x 10 J • s , 1 eV = 1.6 x 10 J.3. （1）（6分）碘131核不稳定，会发生 3衰变，其半衰期为 8天.②经过 ______ 天有75%勺碘131核发生了衰变.①发光管可能发射几种不同能量的光子？②发光管能使金属钠发生光电效应吗？（通过计算回答）③求出发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能.解析：⑴ ①根据质量数、电荷数守恒，1531I 15J X+ - 0et t, 1 一1 -②根据m= m o 2 T得：0.25 m o 2 8，解得t = 16 天.（2）①6种光子②金属钠的逸出功为W= h v o= 3.67 x 10「“J = 2.29 eV其中△曰=10.2 eV ,△ E1 = 12.09 eV ,△曰=12.75 eV ,△ E42= 2.55 eV 都大于逸出功，所以一定能发生光电效应（算出其中一组数据并进行比较，就可以给全分）③E km=A 曰—10.46 eV131 0答案：（1）①54X+- 1e②16 （2）①6种②能③ 10.46 eV4. （2015 •吉林省吉林市质量检测）（1）（6分）（多选）下列说法正确的是（）A. 氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下1个原子核了B. 原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是B粒子，这就是B衰变的实质C. 光子的能量由光的频率所决定D. 只要有核反应发生，就一定会释放出核能E.按照玻尔理论，氢原子核外的电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时, 电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加⑵（6分）如图所示，滑块A C质量均为m滑块B质量3为开始时A B分别以V i、V2的速度沿光滑水平轨道向固定在右侧的挡板运动，现将C无初速地放在A上，并与A黏合不再分开，此时A与B相距较近，B与挡板相距足够远. 若B与挡板碰撞将以原速率反弹，A与B碰撞将黏合在一起.为使B能与挡板碰撞两次，V i、V2应满足什么关系？解析：（1）因半衰期是对大量原子核的衰变作出的统计规律，对于少数原子核是没有意义的，所以A项错误.因为3衰变的本质是核内一个中子转化成一个质子和一个电子并将电子发射出来的过程，所以B项正确•由光子的能量式£ =h v ,知C项正确•并不是所有核反应都放出核能，有些核反应过程需要吸收能量, D项错误.由玻尔理论知，E 项正确.（2）设向右为正方向，A与C黏合在一起的共同速度为v由动量守恒定律得mv = 2mV为保证B碰挡板前A未能追上B,应满足v'w V2设A与B碰撞后的共同速度为v〃，由动量守恒定律得3 72mv - -m\2^-mV2 2为使B能与挡板再次相碰，应满足v"> 0联立①②③④式得3 亠. 一2v2< v i<2v2或2v i< v2<3v i答案：（1）BCE3 1 2⑵< V iW2 V2 或2V i w V2< 3V15. （1）（6分）电子俘获即原子核俘获1个核外轨道电子，使核内1个质子转变为中子•一种理论认为地热是镍58（2；Ni）在地球内部的高温高压环境下发生电子俘获核反应生成钴（Co）58时产生的，则镍58电子俘获的核反应方程为___________________ ;生成的钴核处于激发态，会向基态跃迁，辐射丫光子的频率为v，已知真空中的光速和普朗克常量是c和h,则此核反应过程中的质量亏损为____________（2）（8分）如右图所示，一质量为1 kg的物块静止在水平地面上，它与地面的动摩擦因数为0.2，—质量为10 g的子弹以水平速ft n 度500 m/s射入物块后水平穿出，物块继续滑行 1 m距离停下.求子弹射穿物块过程中系统损失的机械能.（g 取10 m/s 2）58解析：（1）镍核（28Ni ）俘获1个核外轨道电子，使核内 1个质子转变为中子，核反应方程 为28Ni + —27co,该核反应过程释放的能量激发核反应产物钴（27CO ）,故28co 跃迁到基态，以光子形式释放出来的能量值等于核反应过程中因质量亏损2h v而产生的能量，根据质能方程E = h v =△ mc ,故质量亏损 △（2）设子弹射穿物块后的速度为 w,物块的速度为V 2,对物块与子弹组成的系统， 由动量守恒定律得：mv = mv + Mv1 2对物块，由动能定理得： 口 Mgx= q Mv 1 2 1 2 1 2则子弹射穿物块过程中系统损失的机械能 △ E = -mv 6-q mv — q Mv联立以上方程并代入数据解得厶E = 798 Jh答案：（1） 28Ni + — °e ^ 28Co（2）798 Jc6. （1）（6分）核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将23，Pu 的半衰期为24 100年，其衰变方程为239Pu ^ X + 2He + 丫，下列说法中正确的是 （ A . X 原子核中含有92个中子B. 100个94Pu 经过24 100年后一定还剩余 20个C. 由于衰变时释放巨大能量，根据 E = mC ，衰变过程总质量增加D. 衰变发出的丫射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力（2）（8分）如图，轻弹簧的一端固定，另一端与滑块 B 相连，B 静止在水平面上的 O 点， 此时弹簧处于原长•另一质量与B 相同的滑块 A 从P 点以初速度v 。
2019年高考物理大一轮复习第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3讲原子结构原子核选修
2019年高考物理大一轮复习第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3讲原子结构原子核选修1．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子( )．A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．答案B2．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示．该装置中探测器接收到的是( )．图1A．X射线 B．α射线 C．β射线 D．γ射线解析放射源发出的只有α、β、γ三种射线，故选项A错误．在α、β、γ三种射线中，只有γ射线能穿透钢板，故选项B、C错误，D正确．答案 D3．居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病．根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是( )．A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了1个D．在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱解析α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，A错；β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，中子数减少了1个，B错；γ射线是伴随着α、β衰变产生的，穿透能力最强，电离能力最弱，C错，D正确．答案 D4．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )A ．氢原子的能量增加B ．氢原子的能量减少C ．氢原子要吸收一定频率的光子D ．氢原子要放出一定频率的光子解析 氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B 、D 正确．答案 BD5．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m 1、m 2、m 3和m 4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是( )．A ．核反应方程式为21H ＋31H→42He ＋10nB ．这是一个裂变反应C ．核反应过程中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3D ．核反应过程中释放的核能ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2解析 由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A 正确；该核反应为聚变反应，选项B 错误；核反应过程中的质量亏损为Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，选项C 错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE ＝Δmc 2，可知选项D 正确．答案 AD6．在花岗岩、大理石等装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是( )．A ．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B ．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.238 92U 衰变成206 82Pb 要经过6次β衰变和8次α衰变D ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 解析 β射线是电子流，γ射线才是电磁波，选项A 错；半衰期的意义只有对大量原子核才成立，选项B 错；238 92U 衰变成206 82Pb ，质量数减少了32，因此发生了324＝8次α衰变，α衰变8次则核电荷数要减少16，实际核电荷数减少10，因此发生了16－10＝6次β衰变，C 正确；β 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D 正确．答案 CD7．氦3与氘的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．该核反应可表示为32He＋21H→43Li＋X(X表示某种粒子)，若32He、21H和43Li的质量分别为m1、m2、m3，则下列选项正确的是 ( )．A．X为中子B．这种核反应在月球上可自发进行C．高速的X粒子可以用来工业探伤D．该反应释放的核能ΔE<(m1＋m2－m3)c2解析由电荷数守恒和质量数守恒可得X为10n，A正确；轻核聚变又称热核反应，必须在高温下进行，不能在月球上自发进行，B错误；能够用来工业探伤的是γ射线，并非高速中子流，C错误；由质能方程可知，该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m n)c2<(m1＋m2－m3)c2，D正确．答案AD8．如图2所示，在氢原子能级图中，氢原子从各个较高能级跃迁至同一较低能级时，会发出一系列光谱线，形成谱线系，分别称为赖曼线系，巴耳末线系，帕邢线系等．在同一谱线系中，下列说法正确的是( )．图2A．每一跃迁都会释放出一个电子，使原子变为粒子B．各种跃迁都会释放出不同能量的光子C．各条谱线具有相同的频率D．跃迁后原子的能级是相同的解析由hν＝E m－E n可得，各种不同能级的氢原子从高能级跃迁至低能级，会释放不同能量(不同频率)的光子，A、C错误，B正确；跃迁后原子的能级相同，D正确．答案BD9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是( )．A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子的能量也减少D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线解析原子核发生一次β衰变，该原子核内质子数增加1，原子外层电子数不变，选项A错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太低，选项B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道，电子的动能减少，但原子的能量增加，选项C错误；天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线，选项D正确．答案 D9．如图3为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是( )图3A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应解析最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝h cλ＝E n－E m，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4能级到n＝3能级，故A、B错误．由C2n可知n＝4能级上的氢原子共可辐射出C24＝6种不同频率的光，故C错误．根据hν＝E2－E1及发生光电效应的条件hν≥W0可知D正确．答案 D11．(1)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )．(2)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．(3)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X ＋14 7N ―→17 8 O＋11H 中，核反应吸收的能量Q ＝[(m O ＋m H)－(m x ＋m N)]c 2.在该核反应方程中，X 表示什么粒子？X 粒子以动能E k 轰击静止的14 7N 核，若E k ＝Q ，则该核反应能否发生？请简要说明理由．解析 (1)根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知正确答案为A.(2)根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由12mv 2＝hν＋E 1可得v ＝ 2hν＋E 1m. (3)根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X 粒子为42He(α粒子)．不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．答案 (1)A (2)越大 2hν＋E 1m (3)42He 不能发生 因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．12．(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是________．A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关B ．对于同种金属，E k 与照射光的波长成反比C ．对于同种金属，E k 与光照射的时间成正比D ．对于同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系E ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?解析 (1)由E k ＝hν－W 0知E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，故选项A 、D 正确，C 错误．由E k ＝hc λ－W 0可知E k 与λ不成反比，故选项B 错误．在hν不变的情况下，E k 与W 0成线性关系，故选项E 正确．(2)据题意知：此α衰变的衰变方程为：23892U→234 90Th ＋42He ， 根据动量守恒定律得：m αv α＝m Th v Th ， ① 式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ，② m αm Th ＝4234，③式中E k ＝4.27 MeV 是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得：12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k ， ④ 代入数据得，衰变后234 90Th 核的动能：12m Th v 2Th ＝0.07 MeV.⑤ 答案 (1)ADE (2)0.07 MeV R23668 5C74 屴/26347 66EB 曫36617 8F09 載30089 7589 疉25539 63C3 揃25092 6204 戄:21159 52A7 劧 23838 5D1E 崞+d%。
高三复习第十三章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核导学案
第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核学案60 动量守恒定律验证动量守恒定律一、概念规律题组1．关于物体的动量，下列说法中正确的是()A．运动物体在任一时刻的动量方向，一定是该时刻的速度方向B．物体的加速度不变，其动量一定不变C．动量越大的物体，其速度一定越大D．物体的动量越大，其惯性也越大2．下列论述中错误的是()A．相互作用的物体，如果所受合外力为零，则它们的总动量保持不变B．动量守恒是指相互作用的各个物体在相互作用前后的动量不变C．动量守恒是相互作用的各个物体组成的系统在相互作用前的动量之和与相互作用之后的动量之和是一样的D．动量守恒是相互作用的物体系在相互作用过程中的任何时刻动量之和都是一样的图13．如图1所示，物体A的质量是B的2倍，中间有一压缩弹簧，放在光滑水平面上，由静止同时放开两物体后一小段时间内()A．A的速度是B的一半B．A的动量大于B的动量C．A受的力大于B受的力D．总动量为零二、思想方法题组图24．如图2所示，两辆质量相同的小车置于光滑的水平面上，有一人静止站在A车上，两车静止．若这个人自A车跳到B车上，接着又跳回A车，静止于A车上，则A车的速率()A．等于零B．小于B车的速率C．大于B车的速率D．等于B车的速率图35．如图3所示，水平面上有两个木块，两木块的质量分别为m1、m2，且m2＝2m1.开始两木块之间有一根用轻绳缚住的已压缩的轻弹簧，烧断细绳后，两木块分别向左、右运动．若两木块m1和m2与水平面间的动摩擦因数为μ1、μ2，且μ1＝2μ2，则在弹簧伸长的过程中，两木块()A．动量大小之比为1∶1B．速度大小之比为2∶1C．通过的路程之比为2∶1D．通过的路程之比为1∶1一、动量是否守恒的判断动量是否守恒的判断方法有两个1．根据动量守恒的条件，由系统所受的合外力是否为零来判断系统的动量是否守恒．2．根据物理情景研究初、末动量，直接判断动量是否守恒．有时第2种方法比第1种方法简捷得多．图4【例1】木块a和b用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a紧靠在墙壁上．在b上施加向左的水平力F使弹簧压缩，如图4所示．当撤去外力F后，下列说法中正确的是()A．a尚未离开墙壁前，a和b组成的系统动量守恒B．a尚未离开墙壁前，a和b组成的系统动量不守恒C．a离开墙壁后，a、b组成的系统动量守恒D．a离开墙壁后，a、b组成的系统动量不守恒[规范思维]二、动量守恒定律的应用应用动量守恒定律的解题步骤1．明确研究对象(系统包括哪几个物体)；2．进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上是否守恒)；3．规定正方向，确定初、末状态动量；4．由动量守恒定律列式求解；5．必要时进行讨论．【例2】图5(2011·海南·19(2))一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如图5所示．图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab与bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接．现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止．重力加速度为g.求：(1)木块在ab段受到的摩擦力f；(2)木块最后距a点的距离s.[规范思维]三、多过程问题分析由三个或三个以上物体组成的系统在相互作用的过程中会出现多个作用过程，有的过程系统动量守恒，有的过程系统动量不守恒，有的全过程动量守恒，有的整体动量守恒，有的部分物体动量守恒．因此要合理地选择过程和过程的初、末状态，抓住初、末状态的动量守恒．【例3】图6(2011·新课标·35(2))如图6所示，A、B、C三个木块的质量均为m，置于光滑的水平桌面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连．将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体．现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起．以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A、B分离．已知C离开弹簧后的速度恰为v0.求弹簧释放的势能．四、实验：验证动量守恒定律【实验目的】1．验证一维碰撞中的动量守恒．2．探究一维弹性碰撞的特点．【实验原理】在一维碰撞中，测出物体的质量和碰撞前后物体的速度，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．【实验器材】方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥．方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．【实验步骤】方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出滑块质量．2．安装：正确安装好气垫导轨．3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度4．改变实验条件：①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向，重复实验．5．验证：一维碰撞中的动量守恒．方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.2．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．6．验证：一维碰撞中的动量守恒．方案三：在桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出两小车的质量．2．将长木板的一端垫高，以平衡摩擦力．3．安装：将打点计时器固定在长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．4．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．5．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝ΔxΔt算出它们碰撞前后的速度．6．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．7．验证：一维碰撞中的动量守恒【误差分析】1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞．(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两球是否等大，是否平衡掉摩擦力．2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量．3．改进措施：(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．【注意事项】1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．2．方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，用等长悬线悬挂后两小球刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用来平衡摩擦力．3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变．【例4】某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图7甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．图7(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨空腔内通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动；⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图乙所示；⑧测得滑块1(包括撞针)的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.试着完善实验步骤⑥的内容．(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为________kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为______ kg·m/s(保留三位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是[规范思维]【基础演练】1．下列说法中正确的是()A．一个质点在一个过程中如果其动量不变，其动能也一定不变B．一个质点在一个过程中如果其动能不变，其动量也一定不变C．几个物体组成的物体系统在一个过程中如果动量守恒，其机械能也一定守恒D．几个物体组成的物体系统在一个过程中如果机械能守恒，其动量也一定守恒2．如图8所示，图8光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的轻弹簧，两手分别按住小车，使它们静止，对两车及弹簧组成的系统，下列说法中正确的是()A．两手同时放开后，系统总动量始终为零B．先放开左手，后放开右手，动量不守恒C．先放开左手，后放开右手，总动量向左D．无论何时放手，只要两手放开后在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零3.图9将一个质量为3 kg的木板置于光滑水平面上，另一质量为1 kg的物块放在木板上．已知物块和木板间有摩擦，而木板足够长，若两者都以大小为4 m/s的初速度向相反方向运动，如图9所示，则当木板的速度为2.4 m/s时，物块正在()A．水平向左匀减速运动B．水平向右匀加速运动C．水平方向做匀速运动D．处于静止状态4．(2010·福建四校联考)在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A、B，质量都为m.现B球静止，A球向B球运动，发生正碰．已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为Ep，则碰前A球的速度等于()A.Ep mB.2EpmC ．2Ep mD ．22Epm5．A 、B 两物体在一水平长直气垫导轨上相碰，碰撞前物体A 做匀速直线运动，B 静止不动，频闪照相机每隔0.1 s 闪光一次，连续拍照5次，拍得如图10所示的照片，不计两物体的大小及两物体碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断( )图10A ．第四次拍照时物体A 在100 cm 处B ．第四次拍照时物体A 在80 cm 处C ．m A ∶m B ＝3∶1D ．m A ∶m B ＝2∶16．有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计一吨左右)．一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量．他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，轻轻从船尾上船，走到船头后停下来，而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离为d ，然后用卷尺测出船长L ，已知他自身的质量为m ，则渔船的质量M 为( )A.mL dB.m (L －d )dC.m (L ＋d )dD.md (L －d )7．(2011·北京·21(2))如图11，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．图11①实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题．A ．小球开始释放高度hB ．小球抛出点距地面的高度HC ．小球做平抛运动的射程②图11中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射球m 1多次从斜轨上S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置P ，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球m 2静置于轨道的水平部分，再将入射球m 1从斜轨上S 位置静止释放，与小球m 2相碰，并多次重复．接下来要完成的必要步骤是________．(填选项前的符号) A ．用天平测量两个小球的质量m 1、m 2 B ．测量小球m 1开始释放的高度hC ．测量抛出点距地面的高度HD ．分别找到m 1、m 2相碰后平均落地点的位置M 、NE ．测量平抛射程OM 、ON③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________(用②中测量的量表示)；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为__________(用②中测量的量表示)．④经测定，m 1＝45.0 g ，m 2＝7.5 g ，小球落地点的平均位置距O 点的距离如图12所示．碰撞前、后m 1的动量分别为p 1与p 1′，则p 1∶p 1′＝________∶11；若碰撞结束时m 2的动量为p 2′，则p 1′∶p 2′＝11∶________.图12实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值p 1p 1′＋p 2′为________．⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大，请你用④中已知的数据，分析和计算出被碰小球m 2平抛运动射程ON 的最大值为________cm.8．(2010·辽宁锦州模拟)如图13所示，图13质量均为2m 的完全相同的长木板A 、B 并排静止放置在光滑水平面上．一个质量为m 的铁块C 以v 0＝1.8 m/s 的水平速度从左端滑到长木板A 的上表面，并最终停留在长木板B 上．已知B 、C 最终的共同速度为v ＝0.4 m/s.求：(1)长木板A 的最终速度v 1；(2)铁块C 刚离开长木板A 时的瞬时速度v 2.9．(海南省海师附中2010届高三月考)图14如图14所示，光滑半圆轨道竖直放置，半径为R ，一水平轨道与圆轨道相切，在水平光滑轨道上停着一个质量为M ＝0.99 kg 的木块，一颗质量为m ＝0.01 kg 的子弹，以v 0＝400 m/s 的水平速度射入木块中，然后一起运动到轨道最高点水平抛出，当圆轨道半径R 多大时，平抛的水平距离最大？最大值是多少？(g 取10 m/s 2)学案60 动量守恒定律 验证动量守恒定律【课前双基回扣】 1．A 2.B 3.AD4．B [两车和人组成的系统位于光滑的水平面上，因而该系统在水平方向上动量守恒．设人的质量为m 1，车的质量为m 2，A 、B 车的速率分别为v 1、v 2，则由动量守恒定律得(m 1＋m 2)v 1－m 2v 2＝0，所以有v 1＝m 2m 1＋m 2v 2，m 2m 1＋m 2<1，故v 1<v 2，所以B 正确．]5．ABC [以两木块及弹簧为研究对象，绳断开后，弹簧将对两木块有推力作用，这可以看成是内力；水平面对两木块有方向相反的滑动摩擦力，且F 1＝μ1m 1g ，F 2＝μ2m 2g.因此系统所受合外力F 合＝μ1m 1g －μ2m 2g ＝0，即满足动量守恒定律的条件．设弹簧伸长过程中某一时刻，两木块速度大小分别为v 1、v 2.由动量守恒定律有(以向右为正方向)：－m 1v 1＋m 2v 2＝0， 即m 1v 1＝m 2v 2.即两物体的动量大小之比为1∶1，故A 项正确．则两物体的速度大小之比为v 1v 2＝m 2m 1＝21，故B 项正确．由于木块通过的路程正比于其速度，两木块通过的路程之比s 1s 2＝v 1v 2＝21，故C 项正确，D 项错误．]思维提升1．动量是矢量，其方向与速度方向相同．动能是状态量，描述物体的运动状态，动能与动量的大小关系为p 2＝2mE k .2．动量守恒定律的表达式(1)p ′＝p ，系统相互作用前总动量p 等于相互作用后的总动量p ′.(2)m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．(3)Δp ＝0，系统总动量的增量为零． 3．动量守恒定律的适用条件 (1)不受外力或所受外力的合力为零．(2)近似适用条件：系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力． (3)如果系统在某一方向上所受外力的合力为零，则在这一方向上动量守恒． 【核心考点突破】例1 BC [在a 离开墙壁前、弹簧伸长的过程中，对a 和b 构成的系统，由于受到墙给a 的弹力作用，所以a 、b 构成的系统动量不守恒，因此B 选项正确，A 选项错误；a 离开墙壁后，a 、b 构成的系统所受合外力为零，因此动量守恒，故C 选项正确，D 选项错误．][规范思维] 在同一物理过程中，系统的动量是否守恒，与系统的选取密切相关．因此，在利用动量守恒定律解决问题时，一定要明确在哪一过程中哪些物体组成的系统动量守恒，即要明确研究对象和研究过程．例2 (1)mv 20－3mgh 3L (2)v 20L －6ghLv 20－3gh解析 木块m 和物体P 组成的系统在相互作用过程中遵守动量守恒、能量守恒． (1)以木块开始运动至在斜面上上升到最大高度为研究过程，当木块上升到最高点时两者具有相同的速度，根据动量守恒，有mv 0＝(2m ＋m)v ① 根据能量守恒，有12mv 20＝12(2m ＋m)v 2＋fL ＋mgh ② 联立①②得f ＝mv 203L －mgh L ＝mv 20－3mgh 3L③(2)以木块开始运动至最后与物体P 在水平面ab 上相对静止为研究过程，木块与物体P 相对静止，两者具有相同的速度，根据动量守恒，有mv 0＝(2m ＋m)v ④ 根据能量守恒，有12mv 20＝12(2m ＋m)v 2＋f(L ＋L －s)⑤ 联立③④⑤得s ＝v 20L －6ghL v 20－3gh[规范思维] 解答本题首先判断系统满足动量守恒的条件；然后根据要求量合理地选择初、末状态，再根据动量守恒定律列方程．例3 13mv 2解析 设碰后A 、B 和C 的共同速度的大小为v ，由动量守恒定律得 3mv ＝mv 0①设C 离开弹簧时，A 、B 的速度大小为v 1，由动量守恒定律得 3mv ＝2mv 1＋mv 0②设弹簧的弹性势能为Ep ，从细线断开到C 与弹簧分开的过程中机械能守恒，有 12(3m)v 2＋Ep ＝12(2m)v 21＋12mv 20③ 由①②③式得弹簧所释放的势能为 Ep ＝13mv 20④例4 (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔之间有摩擦解析 作用前滑块1的速度v 1＝0.20.1m/s ＝2 m/s ，其质量与速度的乘积为0.31 kg ×2 m/s＝0.620 kg·m/s ，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v ＝0.1680.14 m/s ＝1.2 m/s ，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg ＋0.205 kg)×1.2 m/s ＝0.618 kg·m/s.[规范思维] 由纸带分别求出碰撞前后的速度大小(碰前速度大)，由p ＝mv 分别求出碰撞前后动量的大小，然后进行比较．思想方法总结1．判断动量是否守恒，首先要弄清所研究的对象和过程，即哪个系统的哪个过程，常见的判断方法是：(1)分析系统在所经历过程中的受力情况，看合外力是否为零．(2)直接分析系统在某一过程的初、末状态的动量，看它们是否大小相等、方向相同． 2．对于多个物体组成的系统，当利用动量守恒和能量守恒等物理规律分析解决时，应注意以下几个方面．(1)灵活选取系统的构成，根据题目的特点可选取其中动量守恒或能量守恒的几个物体为一个研究对象，不一定是所有的物体为一个研究对象．(2)灵活选取物理过程．在综合题目中，物体运动常有几个不同过程．根据题目的已知、未知灵活地选取物理过程来研究．列方程前要注意鉴别判断所选过程动量、机械能的守恒情况．3．整体法是解多个物体组成的系统动量守恒问题的一个重要方法．即把两个或两个以上物体的独立物体视为系统进行考虑，也可以把几个过程合为一个过程来处理，如用动量守恒定律解决比较复杂的运动．4．守恒方法：利用物理过程中的某些守恒关系，根据守恒条件，利用相应的守恒定律来解决物理问题的方法．守恒是变中的不变，是事物转化中的一种恒定性．我们学习的有动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律等．运用守恒定律给我们的解题带来方便，对于物理结构或物理过程较为复杂的问题，优先考虑守恒定律．【课时效果检测】1．A 2.ACD 3.B 4.C 5.A 6.B7．①C ②ADE 或DEA 或DAE ③m 1·OM ＋m 2·ON ＝m 1·OP ，m 1·OM 2＋m 2·ON 2＝m 1·OP 2 ④14 2.9 1(1～1.01均可) ⑤76.88．(1)0.3 m/s 方向与v 0同向 (2)0.6 m/s 方向与v 0同向解析 (1)由动量守恒定律，知 mv 0＝2mv 1＋(m ＋2m)v解得v 1＝0.3 m/s ，方向与v 0同向(2)铁块刚离开A 时，A 、B 具有相同的速度，此时由动量守恒定律有 mv 0＝mv 2＋4mv 1解得v 2＝0.6 m/s ，方向与v 0同向 9．0.2 m 0.8 m解析 对子弹和木块组成的系统应用动量守恒定律，设它们共同运动的速度为v ，有 mv 0＝(m ＋M)v 1，所以v 1＝4 m/s对子弹、木块组成的系统由水平轨道到最高点应用机械能守恒定律，取水平面为零势能面，设木块到最高点时的速度为v 2，有12(m ＋M)v 21＝12(m ＋M)v 22＋(m ＋M)g·2R 所以v 2＝16－40R由平抛运动规律有：2R ＝12gt 2，x ＝v 2t解①、②两式有x ＝4·－10R 2＋4R10＝4－R 2＋410R ＝4－(R －210)2＋4100所以，当R ＝0.2 m 时水平距离最大 最大值x max ＝0.8 m.易错点评1．在第2题中，由于不能理解动量的矢量性，往往漏选A.对B项由于理解的歧义，往往造成选择错误，B项应理解成：先放左手，后放右手，之后由于系统外力为零，动量守恒，所以B项错误．C项中，由于思维定势，许多同学把“后放右手”，理解为“系统受力往右”，漏选C.2．在第4题中，一定要记住当两球压缩最紧时，速度肯定相等，弹性势能最大．3．在第5题中，由于看不透题给图示的意义，造成思维障碍，无法解题．4．对于第8题，由于不能理解A、B、C运动过程，找不出关键条件，不会分段或整体列动量守恒方程，导致出错．学案61 碰撞爆炸反冲一、概念规律题组1．下面关于碰撞的理解正确的是()A．碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程B．在碰撞现象中，一般内力都远远大于外力，所以可以认为碰撞时系统的总动量守恒C．如果碰撞过程中机械能也守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞D．微观粒子的碰撞由于不发生直接接触，所以不满足动量守恒的条件，不能应用动量守恒定律求解2．一小型爆炸装置在光滑、坚硬的水平钢板上发生爆炸，所有碎片均沿钢板上方的倒圆锥面(圆锥的顶点在爆炸装置处)飞开．在爆炸过程中，下列关于爆炸装置的说法中正确的是()A．总动量守恒B．机械能守恒C．水平方向动量守恒D．竖直方向动量守恒图13．质量为M和m0的滑块用轻弹簧连接，以恒定的速度v沿光滑水平面运动，与位于正对面的质量为m的静止滑块发生碰撞，如图1所示，碰撞时间极短，在此过程中，下列哪个或哪些说法是可能发生的？()A ．M 、m 0、m 速度均发生变化，分别为v 1、v 2、v 3，而且满足(M ＋m 0)v ＝Mv 1＋m 0v 2＋mv 3B ．m 0的速度不变，M 和m 的速度变为v 1和v 2，而且满足Mv ＝Mv 1＋mv 2C ．m 0的速度不变，M 、m 的速度都变为v ′，且满足Mv ＝(M ＋m)v ′D ．M 、m 0、m 速度均发生变化，M 和m 0速度都变为v ，m 速度变为v 2，而且满足(M ＋m)v 0＝(M ＋m 0)v 1＋mv 24．步枪的质量为4.1 kg ，子弹的质量为9.6 g ，子弹从枪口飞出时的速度为865 m/s ，则步枪的反冲速度约为( )A ．2 m/sB ．1 m/sC ．3 m/sD ．4 m/s 二、思想方法题组 5．质量为m 的小球A ，沿光滑水平面以速度v 0与质量为2m 的静止小球B 发生正碰．碰撞后，A 球的动能变为原来的1/9，那么小球B 的速度可能是( )A.13v 0B.23v 0C.49v 0D.59v 0 6．在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球，它们的动能相等，已知甲球的质量大于乙球的质量，它们正碰后可以发生的情况是( )A ．甲球停下，乙球反向运动B ．甲球反向运动，乙球停下C ．甲、乙两球都反向运动D ．甲、乙两球都反向运动，且动能仍相等一、碰撞现象及弹性碰撞的应用 1．碰撞的种类及特点2.碰撞现象满足的规律 (1)动量守恒定律． (2)机械能不增加． (3)速度要合理．①碰前两物体同向运动，若要发生碰撞，则应有v 后>v 前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v 前′≥v 后′.②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变． 3．弹性碰撞的规律两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒．以质量为m 1，速度为v 1的小球与质量为m 2的静止小球发生正面弹性碰撞为例，则有m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2′12m 1v 21＝12m 1v 1′2 ＋12m 2v 2′2 解得v 1′＝(m 1－m 2)v 1m 1＋m 2，v 2′＝2m 1v 1m 1＋m 2结论：(1)当两球质量相等时，v 1′＝0，v 2′＝v 1，两球碰撞后交换了速度．(2)当质量大的球碰质量小的球时，v 1′>0，v 2′>0，碰撞后两球都向前运动．(3)当质量小的球碰质量大的球时，v 1′<0，v 2′>0，碰撞后质量小的球被反弹回来． 【例1】 在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与126C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？[规范思维]。
高考物理 知识复习与检测 第十三章 运动守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第3讲 原子结构和原
2018版高考物理知识复习与检测第十三章运动守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3讲原子结构和原子核编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018版高考物理知识复习与检测第十三章运动守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3讲原子结构和原子核）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第3讲原子结构和原子核一、原子结构光谱和能级跃迁1．电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”．2．原子的核式结构（1）1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型．图1（2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示．(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动．3．氢原子光谱（1)光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长（频率)和强度分布的记录,即光谱．(2）光谱分类（3）氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式错误!＝R（错误!－错误!）（n＝3,4,5，…，R是里德伯常量,R＝1.10×107 m－1)．（4）光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．4．氢原子的能级结构、能级公式(1）玻尔理论①定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的．(2）几个概念①能级：在玻尔理论中,原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级．②基态:原子能量最低的状态．③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态．④量子数：原子的状态是不连续的,用于表示原子状态的正整数．（3)氢原子的能级公式:E n＝错误!E1（n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13。
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图1图2【步步高】2013届高三物理一轮复习 高考热点探究（13）动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核新人教版一、动量守恒定律的考查1．一炮艇总质量为M ，以速度v 0匀速行驶，从艇上以相对艇的速度u 水平地沿前进方向射出一质量为m 的炮弹，不计水的阻力，则发炮后炮艇的速度v ′满足下列各式中的哪一个( )A ．Mv 0＝(M －m )v ′＋muB ．Mv 0＝(M －m )v ′＋m (u ＋v 0)C ．Mv 0＝(M －m )v ′＋m (u －v ′)D ．Mv 0＝(M －m )v ′＋m (u ＋v ′)2. (2011·海南单科·19(2))一质量为2m 的物体P 静止于光滑水平地面上，其截面如图1所示．图中ab 为粗糙的水平面，长度为L ；bc 为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab 和bc 均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接．现有一质量为m 的木块以大小为v 0的水平初速度从a 点向左运动， 在斜面上上升的最大高度为h ，返回后在到达a 点前与物体P 相对静止．重力加速度为g .求：(1)木块在ab 段受到的摩擦力f ； (2)木块最后距a 点的距离s .3．(2010·山东理综·38(2))如图2所示，滑块A 、C 质量均为m ，滑块B 质量为32m .开始时A 、B 分别以v 1、v 2的速度沿光滑水平轨道向固定在右侧的挡板运动，现将C 无初速地放在A 上，并与A 粘合不再分开，此时A 与B 相距较近，B 与挡板相距足够远．若B 与挡板碰撞将以 原速率反弹，A 与B 碰撞将粘合在一起．为使B 能与挡板碰撞两次，v 1、v 2应满足什么关系？二、原子与原子核 4．(2010·天津理综·2)下列关于原子和原子核的说法正确的是( )A ．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B ．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C ．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固5．(2010·上海单科·1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是( )A．α粒子的散射实验 B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现6．(2011·重庆理综·16)核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数三、能级跃迁7．(2011·四川理综·18)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n 跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( ) A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1四、质能方程与核反应方程8．(2011·江苏·12)(1)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )(2)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，电子质量为m ，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h )． (3)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X ＋147N→178O ＋11H 中，核反应吸收的能量Q ＝[(m O ＋m H )－(m X ＋m N )]c 2.在该核反应方程中，X 表示什么粒子？X 粒子以动能E k 轰击静止的147N 核，若E k ＝Q ，则该核反应能否发生？请简要说明理由．解析 (3)根据公式v ＝Δx Δt由题图可知，撞前v A ＝164m/s ＝4 m/s ，v B ＝0(1分) 撞后v A ′＝v B ′＝v ＝20－168－4 m/s ＝1 m/s(1分) 则由m A v A ＝(m A ＋m B )v(1分)解得：m B ＝m A v A －m A vv＝3 kg(1分)答案 (1)BD (2)137 55Cs→13756Ba ＋ 0－1e E /c 2(3)3 kg试题分析选修3－5部分的高考题在新课标地区属于中档题，容易题．主要考查基本概念的辨析，基本规律的简单应用，物理情景一般较为单一，物理过程较少，物理计算除少数题目外大都比较容易，所以本部分试题得分率较高．命题特征本部分试题在新课标区多以拼盘式呈现．一般第一问为选择题，考查能级、原子核、核反应等问题．第二问为计算题，多考查动量守恒，两次或多次碰撞，有时涉及临界问题．氢原子光谱、能级图及跃迁、核反应方程、半衰期，动量守恒为考查的重点．知识链接1．动量守恒定律：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.2．碰撞：(1)碰撞是指两个或两个以上的相对运动的物体相遇时，作用时间极短、而相互作用力很大的现象．(2)分类弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒．非弹性碰撞：碰撞过程中总机械能不守恒．完全非弹性碰撞：碰撞后物体合为一个整体，具有相同的速度．这种碰撞系统的机械能损失最大．3．玻尔的原子模型：(1)①轨道不连续；②能量不连续；③在各个定态中，原子稳定，不向外辐射能量．(2)能级：原子的各个不连续的能量值，叫做能级．4．氢原子能级图及跃迁规律．5．氢原子光谱．6．天然放射现象及三种射线的比较．7．原子核的衰变、半衰期．8．核反应及反应方程式．9．核能及计算.1．下列说法正确的是( ) A．光电效应中的光电子是从原子核内部释放出来的B．天然的放射现象揭示了原子核结构的复杂性C．氢原子从高能级向低能级跃迁可以解释氢原子的发光现象D．根据α粒子散射实验，建立起原子的能级结构模型2．下列说法中正确的是 ( ) A．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B．卢瑟福通过α粒子散射实现现象，提出了原子的核式结构模型C．光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量3．三个原子核X、Y、Z，X核射出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z图4核并放出一个氦(He)，则下面说法正确的是 ( ) A ．X 核比Z 核多一个质子 B ．X 核比Z 核少一个中子 C ．X 核的质量数比Z 核质量数大3 D ．X 核与Z 核的总电荷是Y 核电荷的3倍4．14C 是一种半衰期为5 730年的放射性同位素．若考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来的14，则该古树死亡的时间距今大约 ( )A ．22 920年B ．11 460年C ．5 730年D ．2 865年5．(1)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性相比钚这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素23994Pu 的半衰期为24 100年，其衰变方程为23994Pu→X＋42He ＋γ，下列有关说法正确的是 ( ) A ．X 原子核中含有143个中子B ．100个23994Pu 经过24 100年后一定还剩余50个C ．由于衰变时释放巨大能量，根据E ＝mc 2，衰变过程总质量增加 D ．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 (2)氢原子的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区 内的一条是处于量子数n＝4能级的氢原子跃迁到n ＝2的能级发出的，氢原子的能级如 图4所示，已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，则该条谱线光子的能量为______ eV ，该条谱线光子的频率为____ Hz.(结果保留 3位有效数字)(3)已知金属铷的极限频率为5.15×1014Hz ，现用波长为5.0×10－7m 的一束光照射金属铷，能否使金属铷发生光电效应？若能，请算出逸出光电子 的最大初动能．(结果保留两位有效数字) 6．(1)下列说法中错误的是( )A ．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为42He ＋147N→178O ＋11H B ．铀核裂变的核反应是23592U→14156Ba ＋9236Kr ＋210nC ．质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c 2D ．原子从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要吸收波长为λ1λ2λ1－λ2的光子图5(2)如图5所示，质量M ＝40 g 的靶盒A 静止在光滑水平导轨上的O 点，水平轻质弹簧一端拴在固定挡板P 上，另一端与靶盒A 连接．Q 处有一固定的发射器B ，它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v 0＝50 m/s ，质量m ＝10 g 的弹丸．当弹丸打入靶盒A后，便留在盒内．碰撞时间极短，不计空气阻力．问：弹丸进入靶盒A 后，弹簧的最大弹性势能为多少？7．(1)核泄漏物中的碘－131具有放射性，它在自发地进行β衰变时，生成元素氙(元素符号为Xe)，同时辐射出γ射线，请完成后面的核反应方程13153I→____＋____＋γ.碘－131的半衰期为8天，经过32天(约为一个月)，其剩余的碘－131为原来的________，所以在自然状态下，其辐射强度会较快减弱，不必恐慌．(2)甲、乙两冰球运动员为争抢冰球而迎面相撞，已知甲运动员的质量为60 kg ，乙运动员的质量为70 kg ，接触前两运动员速度大小均为5 m/s ，冲撞后甲被撞回，速度大小为2 m/s ，问撞后乙的速度多大？方向如何？答案考题展示 1．B2．(1)mv 20－3mgh 3L (2)v 20－6gh v 20－3ghL3．1.5v 2<v 1≤2v 2或12v 1≤v 2<23v 14．B 5.A 6.D 7.D 8．(1)A (2)越大 2(hν＋E 1)m(3)42He ；不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求 预测演练1．BC 2.B 3.C 4.B 5．(1)AD (2)2.55 6.15×1014(3)能 5.6×10－20J6．(1)B (2)2.5 J7．(1)13154Xe 0－1e 1/16(2)1 m/s 方向与乙撞前(或甲撞后)的运动方向相反(或与甲撞前的运动方向相同)TP。