【物理】2018届二轮复习　选修3－5　动量守恒和原子物理学案（全国通用） 9页

倒计时第2天　选修3－5　动量守恒和原子物理 A．主干回顾 B．精要检索 ‎1．动量、动量守恒定律及其应用 ‎(1)动量：运动物体的质量与速度的乘积，p＝mv．‎ ‎(2)动量守恒定律的表达式 ‎①p′＝p．‎ ‎②m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′．‎ ‎③Δp1＝－Δp2．‎ ‎(3)动量守恒定律成立的条件 ‎①系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零．‎ ‎②系统所受的外力的合力虽不为零，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．‎ ‎③系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统总动量的分量保持不变．‎ ‎2．弹性碰撞和非弹性碰撞 ‎(1)碰撞问题的分类 ‎①弹性碰撞：动量守恒、机械能守恒．‎ ‎②非弹性碰撞：动量守恒，机械能有损失．‎ ‎③完全非弹性碰撞：动量守恒，机械能损失最大．‎ ‎(2)碰撞问题应同时遵守三条原则 ‎①动量守恒：即p1＋p2＝p1′＋p2′‎ ‎②动能不增加：即Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′或m1v＋m2v≥m1v1′2＋m2v2′2‎ ‎③速度要符合物理情景 a．碰撞前两物体同向，则v后>v前；碰后，原 在前的物体速度一定增大，且v前≥v后；‎ b．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．氢原子光谱 ‎(1)氢原子光谱线是最早发现并进行研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示：‎ ＝R 式中：m＝1，2，3，…‎ 对每一个m，有n＝m＋1，m＋2，m＋3，…构成一个谱线系．‎ R＝1．10×‎107 m－1(里德伯常量)．‎ ‎(2)巴耳末系：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式：＝R(n＝3，4，…)．‎ ‎4．氢原子的能级结构、能级公式 ‎(1)原子核式结构模型 原子的中心有一个原子核，它集中了全部正电荷和原子的几乎全部质量，该 说的实验基础是α粒子散射实验：用α粒子轰击金箔，发现大多数α粒子仍沿原 方向前进，少数发生偏转，极少数发生大角度偏转，个别的发生反弹．‎ ‎(2)玻尔理论 ‎ ‎①轨道量子化：电子绕核运动的轨道是不连续的．‎ ‎②能量量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态中．能量最低的状态叫基态，其他状态叫激发态．‎ ‎③跃迁假说：原子从一种定态跃迁到另一种定态要辐射(或吸收)一定频率的光子，即hν＝Em－En(m>n)．‎ ‎(3)氢原子的能级和轨道半径 ‎①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1＝－13．6 eV．‎ ‎②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0．53×10－‎10 m． ‎ ‎③氢原子的能级图，如图1所示．‎ 图1‎ ‎5．原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 ‎(1)原子核的组成：由质子和中子组成，原子核的电荷数等于核内的质子数，原子核直径的数量级为10－‎15 m．‎ ‎(2)放射性物质放出的射线有：α射线、β射线、γ射线．‎ ‎①α射线是高速氦核流，电离本领强，贯穿本领弱，一张纸就可将其挡住．‎ ‎②β射线是高速电子流，电离本领弱，贯穿本领强，可穿透几毫米厚的铝板；‎ ‎③‎ γ射线是波长极短的电磁波，电离作用很弱，贯穿本领很强，能穿透几厘米厚的铝板和几十厘米厚的混凝土．‎ ‎(3)半衰期是表征放射性元素大量原子核衰变快慢的物理量，是一种统计规律．半衰期对于少量原子核是无意义的．用T表示半衰期，m表示某时刻放射性元素的质量，则经过时间t，剩下的放射性元素的质量m余＝mt/T．‎ ‎(4)α衰变：X→Y＋He β衰变：X→Y＋e ‎6．放射性同位素、核力、核反应方程 ‎(1)人工转变的典型方程：‎ ‎①卢瑟福发现质子 N＋He→O＋H ‎②查德威克发现中子 He＋Be→C＋n ‎③约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子．‎ Al＋He→P＋n　P→Si＋e ‎(2)衰变典型方程：‎ U→Th＋He Th→Pa＋e ‎(3)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．‎ 核力的特点：‎ ‎①核力是强相互作用力，在它的作用范围内核力比库仑力大得多．‎ ‎②核力是短程力，作用范围在1．5×10－‎15 m之内．‎ ‎③每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性，无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在着核力作用．‎ ‎7．结合能、质量亏损 ‎(1)结合能：由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量，这就是原子核的结合能．‎ ‎(2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫核的质量亏损．‎ ‎(3)质能方程：E＝mc2；ΔE＝Δmc2．‎ ‎8．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 ‎(1)重核的裂变：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成质量数较小的原子核的过程．如铀235的裂变反应U＋n→Kr＋Ba＋3n．‎ ‎(2)轻核的聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应．如一个氘核和氚核结合成一个氦核(同时放出一个中子)的聚变反应：H＋H→He＋n．‎ 由于轻核的聚变需在几百万摄氏度的高温下进行，因此聚变反应又叫热核反应．‎ ‎9．光电效应 ‎(1)光子说：爱因斯坦提出空间传播的光是一份一份的，每一份叫一个光子，一个光子的能量与频率成正比，即E＝hν．说明光具有粒子性．‎ ‎(2)光电效应的规律 ‎①任何一种金属都有一个极限频率νc，入射光的频率必须大于或者等于νc，才能发生光电效应；‎ ‎②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关；‎ ‎③光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9s；‎ ‎④发生光电效应时，光电流与入射光强度成正比．‎ ‎(3)爱因斯坦的光电效应方程mv2＝hν－W0或Ek＝hν－W0；其中h为普朗克常量，h＝6．63×10－34 J·s．‎ C．考前热身 ‎1．(2017·苏北三市模拟)(1)下列说法正确的是________．‎ A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象 B．天然放射性现象说明原子具有复杂的结构 C．一个氘核的质量小于一个质子和一个中子的质量和 D．已知钴60的半衰期为5．27年，则任一个钴60原子核都将在5．27年内发生衰变 ‎(2)如图2所示为氢原子的能级图，n为量子数．若氢原子由n＝3跃迁到n＝2的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，则一群处于n ‎＝4的氢原子在向基态跃迁时，产生的光子中有__________种频率的光子能使该金属产生光电效应，其中光电子的最大初动能Ekm＝________ eV．‎ 图2‎ ‎(3)质量为‎2 kg的物体B静止在光滑水平面上，一质量为‎1 kg的物体A以2．‎0 m/s的水平速度和B发生正碰，碰撞后A以0．‎2 m/s的速度反弹，求碰撞过程中系统损失的机械能．‎ ‎【解析】　(1)光电效应是原子核外的电子吸收光子后逸出金属表面的现象，A错误；天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，B错误；一个质子和一个中子聚合为一个氘核，释放核能，有质量亏损，故一个氘核的质量小于一个质子和一个中子的质量和，C正确；半衰期是一个统计规律，对少量的放射性元素的原子核不适用，故D错误．‎ ‎(2)一群处于n＝4的氢原子向基态跃迁时，产生6种频率的光，光子能量比由n＝3跃迁到n＝2的过程释放的光子能量小的只有由n＝4跃迁到n＝3的过程释放的光子，故使该金属产生光电效应的光子有5种，最大初动能Ekm＝(E4－E1)－(E3－E2)＝[－0．85－(－13．6)]eV－[－1．51－(－3．4)] eV＝10．86 eV．‎ ‎(3)利用动量守恒定律，‎ m1v1＝m1v′1＋m2v′2‎ 解得：v′2＝1．1 m/s 损失的机械能为：‎ ΔE＝m1v－m1v′－m2v′＝0．77 J ‎【答案】　(1)C　(2)5　10．86　(3)0．77 J ‎2．(2017·淮安模拟)(1)(多选)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是__________． ‎ ‎【导 号：17214241】‎ A．‎ 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力 的奠基人之一 B．‎ 玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的 C．‎ 卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．‎ 根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性 ‎(2)如图3所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U．‎ ‎①若增加黄光照射的强度，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．‎ ‎②若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．‎ 图3‎ ‎(3)某同 把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如图4所示，将这一系统置于光滑 的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒．‎ ‎①该同 还必须有的器材是________．‎ ‎②需要直接测量的数据是(用符号表示待测量的量并用文字说明意义)________．‎ ‎③用所得数据验证动量守恒的关系是________．‎ 图4‎ ‎【解析】　(1)普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力 的奠基人之一，故A正确．玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故B正确．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误．根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故D错误．‎ ‎(2)若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，知所加的电压为反向电压，‎ 即最大初动能的光电子都不能到达另一端．增加黄光的强度，光电子的最大初动能不变，毫安表无示数．改用蓝光照射，入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，有光电子能到达另一端，毫安表有示数．‎ ‎(3)取木块1的初速度方向为正方向，两木块质量和平抛初速度分别为m1、m2，v1、v2，平抛运动的水平位移分别为s1、s2，平抛运动的时间为t．‎ 需要验证的方程：0＝m1v1－m2v2‎ 又v1＝，v2＝ 代入得到m1s1＝m2s2‎ 故需要测量两木块的质量m1和m2，两木块落地点到桌面边缘的水平距离s1，s2‎ 所以需要的器材为刻度尺、天平、重锤线 ‎【答案】　(1)AB　(2)①无　②有　(3)①刻度尺、天平、重锤线　②两木块的质量m1和m2，两木块落地点到桌面边缘的水平距s1、s2　③m1s1＝m2s2‎