(新课标大纲解读)重点、难点、核心考点全演练物理篇：专题14动量守恒定律原子结构和原子核

1、专题14动量守恒定律、原子结构和原子核乜独贴舁国玛大纲E舐y(1)玻尔理论的三个要点.(2)光电效应方程.(3)核反应方程及核反应类型.(4)质量亏损及核能.(5)动量守恒定律的理解及应用.【命题趋势】(1)以碰撞为模型对动量守恒定律可能结合能量守恒定律进行考查.(2)结合经典物理理论和最新科技成果对原子结构和原子核这部分内容进行考查.K考点边刿】考点1、玻尔理论与动量守恒定律的组合1 .玻尔理论的基本内容E1能级假设：氢原子 吕=方，n为量子数.跃迁假设：hv =E末一E初.轨道量子化假设：氢原子 r n = n2r 1, n为量子数.一条件一会外力为军广I器:一次站式十J A A /施用一

2、T2 等弹性 Uf糖普不守惆)【例1】(1)图 6142 为E(XK 肝T1 用 eVn-E3,40 eVn-1图 8 141 2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，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，下列说法正确的是().A.这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n = 3跃迁到n=2所发出的光波长最短B.这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n = 3跃迁到n=1所发出的光频率最高C.金属钠表面所产生的光电子的初动能最大值为11.11 eVD.金属钠表面所产生的光电子的初动能最大值为9.60 eV图 6-14-3(2)在光滑

3、的水平面上，质量为 m的小球A以速率V0向右运动.在小球 A的前方O处有一质量为m2的小球B 处于静止状态，如图 6143所示.小球 A与小球B发生正碰后小球 A与小球B均向右运动.小球 B被在Q点处的墙壁弹回后与小球 A在P点相遇，PQ= 1.5 PO假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性 碰撞.求 A B两小球的质量之比.【解析】(L)这群原子能发出三种不同频率的光，其中从跃迁到所发出的光频率最高.5J_1=-Fl=12.O0 白瓦=耳_：一尸9,6。eV故选项D正蠲.(2)从两小球碰撞后到它们再次相遇，小球/和小球L的速度大小保持不变，设两小球通过的路程分别为& 二曲发由

4、片;两小球碰撞过程有；曲我二就M十而诺1 2_1 1 15至访=鼻就近十鼻浜灰解得I匹=2.比【答案】(DD (2)2【特别提醒】1.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(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.(2) 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= C2 = nn 1(3)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，注意能级的能量值均为负值，且单位为 计算时要换算成“ J” .2.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.(3)规定正方向，确定系统的初、末状态的动量的大小和方向.

5、(4)根据动量守恒定律列方程求解.(5)对求解的结果加以分析、验证和说明.【变式探究】(1)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV, 10.2eV, 12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上，其中最高能级的能量值是eV(基态能量为13.6 eV).(2)用中子轰击锂核(3Li)发生核反应，生成瓶核和“粒子，并放出4.8 MeV的能量.写出核反应方程；求出质量亏损；若中子与锂核是以等值反向的动量相碰，则 a粒子和瓶核的动能之比是多少？a粒子的动能有多大？“解析】d)由于大量氢原子处于不同能量激发态，发生跋迁时放出三种不同能

6、量的光子，可知氢原子处于 最高能级是尸冬跃迂发生前这些原子分布在2个激发态能级上；由右一(一13,6第) = 12.09钟，得最高 能级的能量值是每=一1. 51 eV.核反应方程为;：根据质能方程片 Aj&xgsi. 5 有卜 4.8- uO.OOS 2 u.931. 5当中子与锂核以等值反向的动量相碰时，由动量守恒定律得：加科+g哧=。，则 ,一河 W ”整直=.- 瓦 -二一=驰 JJ： - 3 4.a粒子的动能为:33i.-A-XJ.a HW&2.06 MeV4答案 1 (1)2 -1.61(2) 0；Li-I-jHe44. E MeVQ.0Q5 Zu 3 ： 4 2.

7、 % MeV考点2、光电效应现象与动量守恒定律的组合1 .爱因斯坦光电效应方程：&= h 丫 一 W.图 6 1452 .用图象表示光电效应方程极限频率：图线与 V轴交点的横坐标 V 0.逸出功：图线与 E轴交点的纵坐标的值 W= E.普朗克常量：图线的斜率 k=h.【例2】(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek,下列说法正确的是 (填入正确选项前的字母)A.对于同种金属,Ek与照射光的强度无关B.对于同种金属,Ek与照射光的波长成反比C.对于同种金属,Ek与光照射的时间成正比D.对于同种金属,Ek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与金属的逸

8、出功成线性关系.、>-94. 、 一 . . . . , . _94.、一.,.(2) 一静止的92U核经a盘变成为90Th核，释放出的总动能为4.27 MeV.向此暴变后90Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?【解析】壮)由爱因斯坦光电效应方程氐=2-一般可知，氐与照射光的强度无关F选项内正确:耳与人射光 的频率F成线性关系，与波长不是成反比的关系，选项Ei错误，1)正确：由于电子一次性吸收光子的全部 能量，所以五与光照射的时间无关，选项C错深：对于不同金属，若照射光的瓠率不变，由光扫蚊应方程 可知，耳与金属的逸出功成畿性关系，选项E正确.(2)根据题意知，此 a衰变的衰变方

9、程为238UR 234Th + 4He根据动量定恒定律得：皿* = mm，贰中，m和岫分别为口粒子和”核的质量，吃和吃分别为口粒子和Th椽的速度的大小，由题设条件式:中反=4. 27 MeV是a粒子与Th核的总动能.由式得1 2 = 弧 L-ETh Vti-；2 崩二十死：代人额据得，衰变后:Sih核的动能【答案】(L)ADE (2)0.07岫【变式探究】Ek与入射光频率 v的关系图象.由图(1)如图6147是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能象可知().图 614-7A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hv0C.入射光的频率为 2 v 0时，产生的光电子的最大初动能为E V

10、。 Ed.入射光的频率为2-时，广生的光电子的最大初动能为 2 (2)图 6143如图6- 148所示，在光滑水平面上，有一质量为m=20 kg的小车，通过一根几乎不可伸长的轻绳与节质量为m2=25 kg的平板车厢连接.质量为 m=15 kg的小物体放在平板车厢上，物体与平板车之间的滑动摩擦因数为=0.20.开始时车厢静止，绳松弛，小车以V0=3 m/s的速度前进，设平板足够长，试求小物体m在平板上移动的距离 x.【解析】由题图并结合与f L募得，舄=力L瓦故逸壮助耳三函故选I页A对I当反二。时 板口飞 故选项廿对i时，可得出品=反故选项当人身就的频率为时，不发生光电及应，故选项D错.（幻第一

11、个过程是现、雄相互作用，两者达到共同速度坨 小篮组成的系统动量守叵；或兵=5十选）中代 人数据解得%/热三个物库组成的系统在全过程中初量守恒，设最终三者的共同速度为口由系统动量 守恒得爱理=（诙-殁-般）/代A数据解得能=1mA.第二个过程是小厩蛆成的系统与3发生作用，这个 过程中,由功和能的关系得;（疑+岫）,一：3+感+廉）4= 员代人数据解得L,【答案】C15ABC （办泰典力哭SO难点1、有关原子核的知识与动量守恒定律的组合【例1】（2013 山东卷，38）（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氢燃烧”.完成“氢燃烧”的核反应方程：4H

12、e+ 4Be+ 丫 .8Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.6 X 10 16s. 一定质量的；Be,经7.8 X 10 16s后所剩；Be占开始时的（2）如图6149所示，光滑水平轨道上放置长板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 m= 2 kg、m>= 1 kg、mt= 2 kg.开始时C静止.A、B一起以v°= 5 m/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.【解析】七）因碰撵时间极短，4与心碰撞过程动量守恒，设碰后腑间

13、A的速度为如方的速度为巴以向 右为正方向，由动量守恒定律得西珏=中巧+即；丐N与斤在摩擦力作用下达到共同速度设共同速度为咋/由动重守恒定律得加以+曲询=(岫+jit)向国事与3达到共同速度后恰好不再与C碰撞，应满足力产肥靛立式，代人数据得力=2 jh/s1答案】法(或仃】。或12.曲 (2)2 ni/s【特别提醒】解决核反应方程及核能计算的方法(1 )掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律；(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义；(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、“粒子等；(4)进行核能计算时注意单位的对应，若A m用kg作单位，则A E用J作单位；若A m用u作单

14、位，则A E用eV作单位，且1 u对应931.5 MeV.【变式探究】(1)在“嫦娥一号”卫星对月球探索中，月球土壤里大量存在着一种叫做“氨3(2He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料.科学家初步估计月球上至少有100万吨“氨3(3He)”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源.关于“氨3(3He)”与笊核聚变，下列说法中正确的是().A.核反应方程为；He+ 2H> ；He+ 1hB.核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量C. “氨3(2He)” 一个核子的结合能大于“氨4(4He)” 一个核子的结合能D. “氨3( 2He)”的原子核与一个笊核发生聚变将放出能量(

15、2)2012年，各国军队军事演习频繁. 在某次演习中，有一门旧式大炮在平坦的地面上 (可看做光滑)以v=5 m/s的速度匀速前进，炮身质量为 M= 1 000 kg ,现将一质量为 m= 25 kg的炮弹，以相对炮身的速度大小 u = 600 m/s与v反向水平射出，求射出炮弹后炮身的速度 V '.【解析】G)根据题宜，核反应方程为阳匕+汨- 如十汉 修氮3与汽核聚变的核反应符合质量数马电荷获守恒，且聚变是放热反应，A正确序放出能量，庸量减少，B倍误，。正确M由原子结相知识可知C 错误.以地面为参着系，设炮车原运动方向为正方向，根据动量守恒定律有！(JFH-痂户加'十城一(L?

16、-M )般得”=H= 16.63 m/s【答案】AD (2)19.63 m/s【变式探究】(1)下列关于原子和原子核的说法正确的是().A. T射线是原子由激发态向低能级跃迁时产生的B.居里夫妇最先发现了天然放射现象C.原子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起D.结合能所对应的质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原子核的质量(2)某同学用如图61410所示装置来研究碰撞过程，第一次单独让小球 a从斜槽某处由静止开始滚下.落地点为P,第二次让小球 a从同一位置释放后与静止在斜槽末端的小球b发生碰撞.a、b球的落地点分别是M N,各点与O的距离如图61

17、411；该同学改变小球 a的释放位置重复上述操作.由于某种原因他只H 1110 MF V测得了 a球的落地点 P'、M到O的距离分别是 22.0 cm、10.0 cm.求b球的落地点 N'到O的距离.图 S14101解析】(1)产射线是原子核由原发态向低自姻跃迁时产生的，选项A专酊兔贝可勒尔最先发现了天然波射 现象，选项E错误，虞子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使棒子紧紧地束缚在一起，选项C 正确：结合能所对应的质量等于把原子柱完全分解为柱子后所有核子的总质量调去该原子核的质量，选项D 正确.设昌球的质量为孙力球的质量为如 碰撞过程中满足配量守恒定律，赖史!斗黑力!

18、L jKt 4R解得说：题=4 : L改变小球廿的释波位置，有网阴+礴刎=JBlOPf ：解隔：加=48.0 cm.【答案】(1)CD (2)48.0 o3卷婀如1. (1)如图61412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().图 61412A.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(

19、2)静止的锂核6Li俘获一个速度为8.0 M06 m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氨核2He,它的速度大小是 8.0 106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相同.完成此核反应的方程式；求反应后产生的另一个粒子的速度大小和方向；通过计算说明此反应过程中是否发生了质量亏损.解析口闻大。光的强度，从金属板飞出的光电子增多.金属板带晅荷量噌大,验电器的指针偏角一定增 大，选项A轮误；厘光照射金属板时，光电子从金属板飞出，金属桢带正电，骑电器的金属小球带正由， 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，故口光在真空中的波长小于方光在真 空中的波长,选

20、项C正确；氢揉子跃迁，因为芭,一生一无，故选项D正确.(圆核反应方程式为?口+on汨.用耳、并和阵分别表示中子右可、氮核Hu池笈族国的速度，以中子的速度方向为正方向，根据动量守 恒定律有工附¥：=叱/十股的，代入赦据，解得：¥> =-8x10sms即反应后生成的箍核的速建大小为8.Q乂 106方向与反应前申子的速度方向相反.反应前粒子的总动能为瓦一 =$1二,反应后粒子的总动能为蜕=江+ :旗2箱经过计尊可知比下瓦故反应中发生了质量亏损答案8gu十皿一厂士氐 十田8 0*10，mM方向与反应前中子的速度方向相反发生了痂量亏损2. (1)下列说法正确的是 .A.根据E

21、= mc2可知物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系B.在单缝衍射实验中，假设只让一个光子通过单缝，则该光子不可能落在暗条纹处C. 一群氢原子从n=3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子D.已知能使某金属发生光电效应的极限频率为必则当频率为2母的单色光照射该金属时，光电子的最大初动能为2hw(2)如图61413,车厢的质量为 M,长度为L,静止在光滑水平面上，质量为 m的木块(可看成质点)以速度 vo无摩擦地在车厢 底板上向右运动，木块与前车壁碰撞后以速度 £向左运动，则再经过多长时间，木块将与 后车壁相碰？解析(1艮据£=蔚可知物体所具有的能量和它

22、的质量之间存在着正比关系,A对，在单缝衍射实验中， 假设只让一个光子通过星癖，则该光子落在的位亘是不确定的，E错；一群氢原子从羽=3的热发态向较旺 能级跃迁，最多可救出3种频率的光子，C错二能使某金属发生光电烛应的极限频率为助 则当频率为2M 的单色光照身撒金属时，光电子的最大初动能为E.=2历可一加七=由讪D错.Q)木块和车厢组成的系统动量守恒，设向右为正方向，碰后车厢的速度为J 凯比=的一用争得片密方向向右，设工时间后木块将与后车壁相碰，ZML空间站工一-W 3加.£+3第讪亚-答宾（1）Au詈 M+ 3mo3. （2013江苏卷，12C）（1）如果一个电子的德布罗意波长和一个中

23、子的相等，则它们的 也相等.A.速度 B.动能 C.动量 D.总能量A H* £ (<V « 06-131-ZL*43.40手0.04Z1X614A0 6-14-14（2）根据玻尔原子结构理论，氨离子（He+）的能级图如图61414所示.电子处在 n=3轨道上比处在n=5轨道上离氨核的距离 （选填 近”或 远” .）当大量He卡处在n = 4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有 条.如图6- 1415所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg,他们携手远离空间站，相对空间立的速度为0.1 m/s.A将B向空间站 方向轻推后，A的速度变为0.2

24、m/s,求此时B的速度大小和方向.图 61415解析口）根据德布罗意波长公式p=£，因此选C： （2）根据跛尔原子理论，量子数月越小，轨道越靠近原子核，所以打=3比用=5由轨道离原子核近，大量处于丹=4檄发态的庾子跃迁一共有6种情形，即产生6条1S姓.（3）以空间站为参考系，据动量守恒定律；（叫十%）加=也以十侬阳解得川=0刃2 in%远离空间站方向.答案C近6 *）03 mw远寓空间站方向4. (1)已知氢原子的能级为：E1=13.60 eV, E2= 3.40 eV, E3=1.51 eV, E4= 0.85 eV,现用光子能量介于10.0012.70 eV之间的某单色光去照射一

25、群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是A .该照射光的光子可能会被处于基态的氢原子吸收B.该照射光的光子一定会被吸收C.若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有3种D.若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有6种(2)L凰 A 14-16如图61416所示，AB为一光滑水平横杆，杆上套一质量为 M的圆环，环上系一长为L质量不计的细绳,细绳的另一端拴一个质量为m的小球，现将细绳拉直，且与 AB平行，由静止释放小球，则当细绳与AB成。角时，圆环移动的距离是多少？若在横杆上立一挡板，与环的初位置相距多远时才不致使圆环在运动过程中与挡板相碰？解析 口)

26、用10.硼的光照射基态的氢原子，当光子自遣与=也一无= 12.09eV时，将跃迁=3的激发态，则选%A正确,原子只能曝收特定的能量直，选项B错i具 若圜縻子最多可跃迁至/=3的舞发态，可以发射光子的种类为/1=3,则选项C正确m D错误.兰圆环运动到髭右恻速度为零时，小球应运动到最左边同初始位置等高，且速度X零恻仃一Afe'=0管案AC-W+m5. (1)从物理学的角度来看，以下说法正确的是().A .福岛核电站的爆炸是高温高压作用下产生的氢气发生了核聚变B .核污染主要是指核反应过程中会放出一些放射性同位素能长时期存在于周围环境中C.核辐射主要是指核反应过程中所释放出的“射线、3射线

27、和丫射线D.防化人员所穿的防化服主要是防止3射线、丫射线对人体的伤害(2)如图61417所示，木块 A的质量 mA= 1 kg,足够长白木板 B质量mB=4 kg,质量mc = 4 kg的木块 C置于木板B上，水平面光滑，B、C之间有摩擦.现使 A以vo=l2 m/s的初速度向右运动，与 B碰撞后以4m/s的速度弹回.(取g= 10 m/s2)c图 61417求B运动过程中的最大速度的大小.碰撞后C在B上滑行了 2 m,求B、C之间的动摩擦因数.解析口)氯气爆炸是化学反应，不是核反应，A错课；核污染主要是放射在污染，其产生的口射线、R射城、 T射线对人体都有伤害，B. C正确防化服主要是防止危

28、险性化学物品和腐蚀性枷质对大体的伤害，D错,口1天.(2)旗与B碰后瞄间，B的速度最大.取A 6系统为研究对象，4方系统动量守恒(取向右为正方向)，有工界。¥口 +。= 一 ffUXi + 逸百、氓代入数据得：VB=4mM.谀2、C最终以共同速度#运的，取品C系统为研弼对象，爪C系统动量守恒，有；再加另40=(ms +脸V代入数据得=又 式般值1= g小建vj，肥苫+则&'得 ,=0.2答案(l)EC (2)4ms 026.加一驾皿叫口i；TI智 Fb图 614一 18(1)238U是一种放射性元素，其能发生一系列放射性衰变，衰变过程如图6 14 18所示.请写出两过程的衰变方程：(2)如图61419所示，两个完全相同的可视为质点的物块A和B,靠在一起静止在水平面上但不粘连,质量均为M.O点左侧水平面光滑、右侧水平面粗糙，A、B与粗糙水平面间的动摩擦因数均为"一颗质量为m、速度为V0的子弹水平穿过 A后进入B,最后停在B中，其共同速度为 v,子弹与B到达O点前已相对静止.求:图6一 二-遇子弹穿过A时的速度;A、B两物块停止运动时它们之间的距离.解析当子弹射入X时，工月看做整律，设子弹刚穿出W时，内的速度为忙，子弹的速度