高考物理二轮复习五动量近代物理共优质公开课课件

专题五动量近代物理专题五动量近代物理一、动量动量公式:p=mv。动量是矢量,方向与速度方向相同。二、冲量1.表达式:I=Ft。单位:N·s。2.标矢性:冲量是矢量,它的方向由力的方向决定。三、动量定理1.表达式:p'-p=F合t或mv'-mv=F合t(矢量式,注意正方向的选取)2.意义:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。一、动量二、冲量三、动量定理2四、动量守恒定律1.动量守恒定律的适用条件(1)系统不受外力或所受外力的合力为零——理想守恒。(2)系统所受外力远小于内力,如碰撞、爆炸,外力可以忽略不计——近似守恒。(3)系统某一方向不受外力或所受外力的合力为零,或外力远小于内力,则该

方向动量守恒——分方向守恒。四、动量守恒定律32.几种常见的表述及表达式(1)p=p',即系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p'。(2)Δp=p'-p=0,即系统总动量的增量为0。(3)Δp1=-Δp2,即两个物体组成的系统中,一部分动量的增量与另一部分动量的

增量大小相等、方向相反。2.几种常见的表述及表达式4五、波粒二象性1.光电效应(1)任何一种金属都有一个截止频率,若入射光频率低于这个截止频率,则金

属不能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,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。(4)大于截止频率的光照射金属时,光电流大小与入射光强度成正比。五、波粒二象性52.光子说:在空间传播的光是不连续的。光子的能量为E=hν,h为普朗克常量,

h=6.63×10-34

J·s。每个光子的能量只取决于光的频率。3.光电效应方程:(1)最大初动能与入射光子频率的关系:Ek=hν-W0。(2)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0,则光电子的最大初动能为零,

入射光的频率就是金属的截止频率。此时有hνc=W0,即νc=

,可求出截止频率。2.光子说:在空间传播的光是不连续的。光子的能量为E=hν,64.光的波粒二象性光的特性实验基础表现光的波动性干涉和衍射①光是概率波,即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述;②足够数量的光子在传播时,表现出波的性质。说明:光的波动性不同于宏观概念的波光的粒子性光电效应和康普顿效应①当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质;②少量或个别光子显示出光的粒子性。说明:光子不同于宏观概念的粒子波动性和粒子性的对立与统一①大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性;②波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强;③光子说并未否定波动性,光子能量E=hν=

中,ν和λ就是与波有关的物理量;④波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的4.光的波粒二象性光的特性实验基础表现光的波干涉和衍射①光75.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的

波长

。六、原子的结构玻尔的原子模型(1)玻尔假说的内容①轨道量子化:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道绕核运动相对

应。原子的定态是不连续的,因此电子的轨道也是不连续的。5.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它8②能量状态量子化: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。③跃迁假说:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=Em-En。(2)氢原子的能级结构及能级公式原子各定态的能量值叫原子的能级。对于氢原子,其能级公式为En=

,对应

的轨道半径公式为rn=n2r1。其中,n为量子数,只能取正整数;E1=-13.6eV,r1=0.53×10-10m。②能量状态量子化:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这9七、核反应1.α衰变和β衰变的比较衰变种类α衰变β衰变衰变方程

X

Y+

He

X

Y+

e典例

U

Th+

He

Th

Pa+

e衰变实质

H+

n

He

n

H

e衰变规律电荷数守恒,质量数守恒七、核反应衰变种类α衰变β衰变衰变方程 X Y+ He X 10注意:γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的,不改变原子核的核电荷数和质

量数,其实质是产生的某些新核由于具有过多的能量而辐射出的光子。2.半衰期(1)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子

核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。(2)半衰期公式:N余=N原

,m余=m原

。式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数

和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。注意:γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的,不改变原子核的核11开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线计算结果保留一位有效

数字)变式1(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示广告,描述了高

空坠物对人伤害的严重性。波长为λ1的光子的动量p= 。则α粒子的动能为Ekα= ·ΔE= (m1-m2-m3)c2变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1.c光的光子能量大于a光的光子能量每个光子的能量只取决于光的频率。比结合能越

大,表示原子核、核子结合得越牢固,原子核越稳定。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及

其极大值对应的波长λ的变化情况是 ()6749×10-27kg,质子的质量mp=1.解析电子绕核运动时,库仑力提供向心力(2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。解决氢原子能级跃迁问题的技巧意义:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。变式5(2019江苏四校联考)如图甲所示是研究光电效应现象的装置,某同学

用该装置探究遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系,得到如图乙所示的Uc-ν

图像。的光子的动量为

。6749×10-27kg,质子的质量mp=1.09eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光

子能量为hν2=3.3.核反应类型核反应有4种类型,即衰变、人工核转变、聚变及裂变。4种核反应类型对比

如下:开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线3.核反应类型12续表注意:4种核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。续表注意:4种核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。13八、核能1.核力的特点(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现,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,这也称为核力的饱和性。2.结合能(1)结合能:克服核力束缚,使原子核分解为单个核子时需要的能量,或若干个

核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量。八、核能14(2)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。比结合能越

大,表示原子核、核子结合得越牢固,原子核越稳定。3.质量亏损(1)爱因斯坦质能方程:E=mc2。(2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。(2)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。154.裂变与聚变(1)重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程。

为了使铀235裂变时发生链式反应,铀块的体积应大于它的临界体积。裂变的应用:原子弹、原子反应堆。(2)轻核聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程,反应时释放出大量

的核能。要想使氘核和氚核合成氦核,必须达到几百万开尔文以上的高温,因

此聚变反应又叫热核反应。聚变的应用:氢弹。4.裂变与聚变161.[2018江苏单科,12C(1)]已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则

相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为

。A.1∶4

B.1∶2

C.2∶1

D.4∶1B解析

根据半衰期公式m=m0

,经过2T,A剩有的质量为mA=m0

=

,B剩有的质量为mB=m0

=

,故mA∶mB=1∶2,选项B正确。1.[2018江苏单科,12C(1)]已知A和B两种放射性元2.[2020江苏单科,12(1)]“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应

快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接

收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及

其极大值对应的波长λ的变化情况是

()A.I增大,λ增大

B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大

D.I减小,λ减小解析

黑体辐射规律为:温度升高,辐射强度I增大,I的极大值向波长短的

方向偏移,故B选项正确。B2.[2020江苏单科,12(1)]“测温枪”(学名“红外线3.[2020江苏单科,12(3)]一只质量为1.4kg的乌贼吸入0.1kg的水,静止在水

中。遇到危险时,它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出,以2m/s的速度

向前逃窜。求该乌贼喷出的水的速度大小v。答案28m/s解析由动量守恒得mv-Mv'=0解得v=

,代入数据得v=28m/s3.[2020江苏单科,12(3)]一只质量为1.4kg的4.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=

6.4×10-7m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J。求每个脉冲中的光子数目。

(已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s。计算结果保留一位有效

数字)答案

5×1016解析

每个光子的能量为ε=

则每个脉冲中的光子数目n=

联立解得n=5×10164.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手

201820192020动量及近代物理T12:动量守恒定律应

用、核反应、光电效

应T12:动量守恒定律、核

反应方程、光子能量T12:黑体辐射、能级跃

迁、动量守恒定律的

应用考向解读1.注重基础。如选择题以利用波粒二象性、衰变方程、结合能等为题,考

查了学生的理解能力。2.强调综合。如光电效应计算、动量守恒定律与原子核衰变综合、能级

跃迁与光电效应综合、力电等问题综合,考查学生的分析综合能力。201820192020动量及近代物理T12:动量守恒定律一、动量定理及应用1.应用动量定理的主要流程:2.对过程较复杂的运动,可分段用动量定理,也可对整个过程用动量定理。一、动量定理及应用2.对过程较复杂的运动,可分段用动量定理,典例1

(2020江苏南京、盐城第二次模拟)2019年12月27日晚,“实践二十

号”卫星被成功送入预定轨道。运载这一卫星的长征五号运载火箭在海南

文昌航天发射场进行多次调试,在某次实验中该发动机向后喷射的气体速度

约为3000m/s,产生的推力约为4.8×106N,则它在1s时间内喷射的气体质量

约为多少千克?答案1.6×103kg解析设发动机在1s时间内喷射的气体质量为m,由动量定理可得F·Δt=Δm·v解得Δm=

=

kg=1.6×103kg。典例1

(2020江苏南京、盐城第二次模拟)2019年变式1

(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示广告,描述了高

空坠物对人伤害的严重性。小王同学用下面的实例来检验广告词的科学性:

用一个鸡蛋从8楼的窗户自由下落到地面。经测量鸡蛋质量约50g,下落到地

面的瞬时速度约为20m/s,与地面接触时间约为0.02s。不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2。求鸡蛋:(1)下落到地面时动量的大小;(2)对地面平均作用力的大小。变式1(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示答案(1)1kg·m/s(2)50.5N解析(1)鸡蛋下落到地面时动量的大小为p=mv=50×10-3×20kg·m/s=1kg·m/s(2)设竖直向上为正方向,根据动量定理可知(F-mg)Δt=0-(-mv)解得地面对鸡蛋的平均作用力的大小F=

+mg=

N+0.05×10N=50.5N根据牛顿第三定律可知鸡蛋对地面的平均作用力的大小为F'=F=50.5N答案(1)1kg·m/s(2)50.5N二、动量守恒定律及应用应用动量守恒定律解题的基本步骤二、动量守恒定律及应用典例2

(2020江苏南京六校联合体联考)质量为4kg的物体B静止在光滑水平面上,一质量为1kg的物体A以2.0m/s的水平速度和B发生正碰,碰撞后A以0.2m/s的速度反弹,则碰撞后物体B的速度大小为

;此过程中系统损失的机械能等于

。典例2

(2020江苏南京六校联合体联考)质量为4k答案0.55m/s1.375J解析以物体A的初速度方向为正方向,设物体A质量为m1,物体B质量为m2,A

初速度为v1,碰撞后v'1。该过程动量守恒,因此有m1v1+0=m1v1'+m2v2代入数据解得v2=0.55m/s根据动能定理可得ΔE=

m1

-

代入数据可得ΔE=1.375J答案0.55m/s1.375J变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1.05kg的模型火

箭点火升空,在0.02s时间内有50g燃气以大小为200m/s的速度从火箭尾部喷

出。在燃气喷出过程,火箭获得的平均推力为

N,在燃气喷出后的瞬

间,火箭的速度大小为

m/s(燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略)。变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1答案50010解析在燃气喷出过程,以燃气为研究对象,规定火箭的速度方向为正方向,

根据动能定理可得:-FΔt=-m气v气-0,解得F=

=500N,根据牛顿第三定律可得火箭获得的平均推力为500N;喷射前后系统的动量守恒,根据动量守恒定

律得0=(M-m气)v箭-m气v气,解得火箭的速度大小v箭=

=10m/s。答案50010三、氢原子能级跃迁1.解决氢原子能级跃迁问题的技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群原子和一个原子不同。一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多

为(n-1);一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N=

=

(还可以利用能级图求解)。三、氢原子能级跃迁2.受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量(1)光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于两能级之间的能量差,hν=ΔE。(2)碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于两能级之间的能量差即可,E外≥ΔE。(3)大于电离能的光子可被吸收将原子电离。2.受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量典例3

(2020北京,2,3分)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能

级上,下列说法正确的是

()

A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量C典例3

(2020北京,2,3分)氢原子能级示意如图。解析

大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1能级最多可辐射出

=3种不同频率的光子,故A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光

子能量为hν1=13.6eV-1.51eV=12.09eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光

子能量为hν2=3.4eV-1.51eV=1.89eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比

跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁

到n=4能级,需要吸收的能量为E=1.51eV-0.85eV=0.66eV,故C正确;根据能级

图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量,故D错误。解析

大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1能级最多可辐变式3[2020江苏单科,12(2)]大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,

其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为

,

波长为λ1的光子的动量为

。(已知普朗克常量为h,光速为c)答案

解析氢原子从激发态直接跃迁到基态时辐射光子的能量最大,波长最短,故

En-E1=h

。波长为λ1的光子的动量p=

。变式3[2020江苏单科,12(2)]大量处于某激发态的氢四、核反应方程、核能1.书写核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。2.半衰期公式:半衰期是一个统计规律,半衰期是由原子核内部的因素决定,只

与元素的种类有关,跟元素所处的物理或化学状态无关。3.核能的计算:①ΔE=Δmc2,其中Δm为核反应方程中的质量亏损;②ΔE=Δm×931.5MeV,其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位。四、核反应方程、核能典例4

(2020江苏泰州5月模拟)一静止的氡核

Rn衰变为钋核

Po和α粒子,其中

Rn

Po、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,设释放的核能全部转化钋核和α粒子的动能。(1)写出衰变方程式

;(2)求α粒子的动能

。答案

Rn

Po

He或

Rn

Po+α

(m1-m2-m3)c2典例4

(2020江苏泰州5月模拟)一静止的氡核 Rn解析(1)核反应方程满足质量数守恒与电荷数守恒,则衰变方程为

Rn

Po

He或

Rn

Po+α(2)核反应过程中释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2=EkPo+Ekα衰变过程中动量守恒pPo=pα根据p=

可知

=

则α粒子的动能为Ekα=

·ΔE=

(m1-m2-m3)c2解析(1)核反应方程满足质量数守恒与电荷数守恒,则衰变方程变式4(2020江苏南京金陵中学、海安高级中学、南京外国语学校第四次

模拟)质子与中子发生核反应生成氘核,放出能量,其核反应方程为

;已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg,质子的质量mp=1.6726×10-27kg,

氘核的质量mD=3.3436×10-27kg,真空中的光速为3.00×108m/s,则氘核的比结

合能为

(保留两位有效数字)。变式4(2020江苏南京金陵中学、海安高级中学、南京外国语答案(1

H

n

H(2)1.8×10-13J解析核反应方程为

H

n

H。氘核是由1个质子、1个中子构成,其核子与原子核的质量差为Δm=mp+mn-mD=1.6726×10-27kg+1.6749×10-27kg-3.3436

×10-27kg=0.0039×10-27kg,氘核的结合能为ΔE=Δmc2,代入数据解得ΔE=3.51×10-13J,则氘核的比结合能为

=1.8×10-13J。答案(1 H n H(2)1.8×10-13J五、光电效应1.分析光电效应的两条线索

五、光电效应2.光电效应四类图像

极限频率νc→横轴截

距;逸出功W0→纵轴截

距的绝对值;普朗克常

量h→图线的斜率遏止电压Uc→图线与横轴的交点;饱和光电流Im→电流的最大值;最大初动能→Ek=eUc遏止电压Uc1、Uc2→图

线与横轴的交点;饱和

光电流Im→电流的最大

值;最大初动能→Ek1=

eUc1,Ek2=eUc2截止频率νc→图线与横轴的交点;遏止电压Uc→随入射光频率的增大而增大;普朗克常量h→等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke2.光电效应四类图像    极限频率νc→横轴截

距;逸出典例5

(2020江苏宿迁沭阳5月联考)用图1装置研究光电效应,分别用a光、b

光、c光照射阴极K得到图2中a、b、c三条光电流I与A、K间的电压UAK的关

系曲线,则下列说法正确的是

()

图1图2典例5

(2020江苏宿迁沭阳5月联考)用图1装置研究A.开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线B.c光的光子能量大于a光的光子能量C.用a光照射阴极K时阴极的逸出功大于用b光照射阴极K时阴极的逸出功D.b光照射阴极K时逸出的光电子最大初动能小于a光照射阴极时逸出的光电子最大初动能A.开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线解析

B当光电流恰为零时,光电管两端加的电压为截止电压,当开关S扳

向1时,光电子在光电管加速,则所加的电压是正向电压,因此测得的数据得到

的并不是I轴左侧的图线,故A项错误;根据eU截=

m

=hν-W知,入射光的频率越高,对应的截止电压U截越大;由题图可知,c光的截止电压大于a光的截止电

压,所以c光的频率大于a光的频率,依据E=hν可知,c光的光子能量大于a光的

光子能量,B项正确;同一阴极的逸出功总是相等,与入射光的能量大小无关,C

错误;b光的截止电压等于a光的截止电压,根据eU截=

m

=hν-W得,所以b光对应的光电子最大初动能等于a光的光电子最大初动能,D项错误。解析

B当光电流恰为零时,光电管两端加的电压为截止电变式5(2019江苏四校联考)如图甲所示是研究光电效应现象的装置,某同学

用该装置探究遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系,得到如图乙所示的Uc-ν

图像。图中电源

端为正极(填“左”或“右”),该装置阴极K的逸

出功为

J。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s(结果保留三位有效数字)。甲乙变式5(2019江苏四校联考)如图甲所示是研究光电效应现象答案右3.38×10-19解析因为是研究遏止电压Uc的装置,所以所加电压应为反向电压,阻止光电

子到达A极板形成光电流,所以A极板接电源负极,K极板接电源正极,电源右

端为正极;根据题图乙可知,当入射光频率为5.1×1014Hz时,所需遏止电压为

零,说明此时对应频率为截止频率νc,所以逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.1×1014J

=3.38×10-19J。答案右3.38×10-19六、波粒二象性1.黑体辐射规律:辐射强度与温度有关,与波长有关。

(1)随温度升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动。(2)温度一定时,辐射强度随波长增大而先增大后减小。六、波粒二象性1.黑体辐射规律:辐射强度与温度有关,与波长有(3)对应同一波长,温度越高辐射强度越大。2.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的

波长λ=

。3.光的干涉、衍射、偏振现象表现出光的波动性。黑体辐射、光电效应、

康普顿效应表现出光的粒子性。光的波长越长,频率越小,波动性越显著;光

的波长越短,频率越大,粒子性越显著。少量光子产生的效果往往显示粒子

性,大量光子产生的效果往往显示波动性。(3)对应同一波长,温度越高辐射强度越大。3.光的干涉、衍射典例6

(2020江苏泰州5月模拟)按照玻尔理论,氢原子处于高能级时,电子绕

核运动的动能

(选填“较大”或“较小”),若电子质量为m,动能为

Ek,其对应的德布罗意波长为

(普朗克常量为h)。典例6

(2020江苏泰州5月模拟)按照玻尔理论,氢原答案较小

解析电子绕核运动时,库仑力提供向心力k

=m

解得Ek=

氢原子处于高能级,r较大,动能较小。德布罗意波长为λ=

=

答案较小

 变式6(2020江苏扬州中学4月测试)已知光速为c,普朗克常量为h,则频率为ν的光子的动量为

。用N个该频率的光子垂直照射平面镜,光被镜面

全部垂直反射回去,则在光照射的过程中,平面镜受到的冲量大小为

。变式6(2020江苏扬州中学4月测试)已知光速为c,普朗克答案

2N

解析根据德布罗意波长公式,则光子的动量为p=

=

=

取入射方向为正方向,根据动量定理I=N(p末-p初)=N(-p-p)=-2N

所以平面镜受到的冲量大小为2N

。答案

 2N 专题五动量近代物理专题五动量近代物理一、动量动量公式:p=mv。动量是矢量,方向与速度方向相同。二、冲量1.表达式:I=Ft。单位:N·s。2.标矢性:冲量是矢量,它的方向由力的方向决定。三、动量定理1.表达式:p'-p=F合t或mv'-mv=F合t(矢量式,注意正方向的选取)2.意义:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。一、动量二、冲量三、动量定理55四、动量守恒定律1.动量守恒定律的适用条件(1)系统不受外力或所受外力的合力为零——理想守恒。(2)系统所受外力远小于内力,如碰撞、爆炸,外力可以忽略不计——近似守恒。(3)系统某一方向不受外力或所受外力的合力为零,或外力远小于内力,则该

方向动量守恒——分方向守恒。四、动量守恒定律562.几种常见的表述及表达式(1)p=p',即系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p'。(2)Δp=p'-p=0,即系统总动量的增量为0。(3)Δp1=-Δp2,即两个物体组成的系统中,一部分动量的增量与另一部分动量的

增量大小相等、方向相反。2.几种常见的表述及表达式57五、波粒二象性1.光电效应(1)任何一种金属都有一个截止频率,若入射光频率低于这个截止频率,则金

属不能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,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。(4)大于截止频率的光照射金属时,光电流大小与入射光强度成正比。五、波粒二象性582.光子说:在空间传播的光是不连续的。光子的能量为E=hν,h为普朗克常量,

h=6.63×10-34

J·s。每个光子的能量只取决于光的频率。3.光电效应方程:(1)最大初动能与入射光子频率的关系:Ek=hν-W0。(2)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0,则光电子的最大初动能为零,

入射光的频率就是金属的截止频率。此时有hνc=W0,即νc=

,可求出截止频率。2.光子说:在空间传播的光是不连续的。光子的能量为E=hν,594.光的波粒二象性光的特性实验基础表现光的波动性干涉和衍射①光是概率波,即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述;②足够数量的光子在传播时,表现出波的性质。说明:光的波动性不同于宏观概念的波光的粒子性光电效应和康普顿效应①当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质;②少量或个别光子显示出光的粒子性。说明:光子不同于宏观概念的粒子波动性和粒子性的对立与统一①大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性;②波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强;③光子说并未否定波动性,光子能量E=hν=

中,ν和λ就是与波有关的物理量;④波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的4.光的波粒二象性光的特性实验基础表现光的波干涉和衍射①光605.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的

波长

。六、原子的结构玻尔的原子模型(1)玻尔假说的内容①轨道量子化:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道绕核运动相对

应。原子的定态是不连续的,因此电子的轨道也是不连续的。5.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它61②能量状态量子化: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。③跃迁假说:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=Em-En。(2)氢原子的能级结构及能级公式原子各定态的能量值叫原子的能级。对于氢原子,其能级公式为En=

,对应

的轨道半径公式为rn=n2r1。其中,n为量子数,只能取正整数;E1=-13.6eV,r1=0.53×10-10m。②能量状态量子化:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这62七、核反应1.α衰变和β衰变的比较衰变种类α衰变β衰变衰变方程

X

Y+

He

X

Y+

e典例

U

Th+

He

Th

Pa+

e衰变实质

H+

n

He

n

H

e衰变规律电荷数守恒,质量数守恒七、核反应衰变种类α衰变β衰变衰变方程 X Y+ He X 63注意:γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的,不改变原子核的核电荷数和质

量数,其实质是产生的某些新核由于具有过多的能量而辐射出的光子。2.半衰期(1)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子

核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。(2)半衰期公式:N余=N原

,m余=m原

。式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数

和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。注意:γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的,不改变原子核的核64开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线计算结果保留一位有效

数字)变式1(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示广告,描述了高

空坠物对人伤害的严重性。波长为λ1的光子的动量p= 。则α粒子的动能为Ekα= ·ΔE= (m1-m2-m3)c2变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1.c光的光子能量大于a光的光子能量每个光子的能量只取决于光的频率。比结合能越

大,表示原子核、核子结合得越牢固,原子核越稳定。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及

其极大值对应的波长λ的变化情况是 ()6749×10-27kg,质子的质量mp=1.解析电子绕核运动时,库仑力提供向心力(2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。解决氢原子能级跃迁问题的技巧意义:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。变式5(2019江苏四校联考)如图甲所示是研究光电效应现象的装置,某同学

用该装置探究遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系,得到如图乙所示的Uc-ν

图像。的光子的动量为

。6749×10-27kg,质子的质量mp=1.09eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光

子能量为hν2=3.3.核反应类型核反应有4种类型,即衰变、人工核转变、聚变及裂变。4种核反应类型对比

如下:开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线3.核反应类型65续表注意:4种核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。续表注意:4种核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。66八、核能1.核力的特点(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现,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,这也称为核力的饱和性。2.结合能(1)结合能:克服核力束缚,使原子核分解为单个核子时需要的能量,或若干个

核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量。八、核能67(2)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。比结合能越

大,表示原子核、核子结合得越牢固,原子核越稳定。3.质量亏损(1)爱因斯坦质能方程:E=mc2。(2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。(2)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。684.裂变与聚变(1)重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程。

为了使铀235裂变时发生链式反应,铀块的体积应大于它的临界体积。裂变的应用:原子弹、原子反应堆。(2)轻核聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程,反应时释放出大量

的核能。要想使氘核和氚核合成氦核,必须达到几百万开尔文以上的高温,因

此聚变反应又叫热核反应。聚变的应用:氢弹。4.裂变与聚变691.[2018江苏单科,12C(1)]已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则

相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为

。A.1∶4

B.1∶2

C.2∶1

D.4∶1B解析

根据半衰期公式m=m0

,经过2T,A剩有的质量为mA=m0

=

,B剩有的质量为mB=m0

=

,故mA∶mB=1∶2,选项B正确。1.[2018江苏单科,12C(1)]已知A和B两种放射性元2.[2020江苏单科,12(1)]“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应

快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接

收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及

其极大值对应的波长λ的变化情况是

()A.I增大,λ增大

B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大

D.I减小,λ减小解析

黑体辐射规律为:温度升高,辐射强度I增大,I的极大值向波长短的

方向偏移,故B选项正确。B2.[2020江苏单科,12(1)]“测温枪”(学名“红外线3.[2020江苏单科,12(3)]一只质量为1.4kg的乌贼吸入0.1kg的水,静止在水

中。遇到危险时,它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出,以2m/s的速度

向前逃窜。求该乌贼喷出的水的速度大小v。答案28m/s解析由动量守恒得mv-Mv'=0解得v=

,代入数据得v=28m/s3.[2020江苏单科,12(3)]一只质量为1.4kg的4.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=

6.4×10-7m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J。求每个脉冲中的光子数目。

(已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s。计算结果保留一位有效

数字)答案

5×1016解析

每个光子的能量为ε=

则每个脉冲中的光子数目n=

联立解得n=5×10164.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手

201820192020动量及近代物理T12:动量守恒定律应

用、核反应、光电效

应T12:动量守恒定律、核

反应方程、光子能量T12:黑体辐射、能级跃

迁、动量守恒定律的

应用考向解读1.注重基础。如选择题以利用波粒二象性、衰变方程、结合能等为题,考

查了学生的理解能力。2.强调综合。如光电效应计算、动量守恒定律与原子核衰变综合、能级

跃迁与光电效应综合、力电等问题综合,考查学生的分析综合能力。201820192020动量及近代物理T12:动量守恒定律一、动量定理及应用1.应用动量定理的主要流程:2.对过程较复杂的运动,可分段用动量定理,也可对整个过程用动量定理。一、动量定理及应用2.对过程较复杂的运动,可分段用动量定理,典例1

(2020江苏南京、盐城第二次模拟)2019年12月27日晚,“实践二十

号”卫星被成功送入预定轨道。运载这一卫星的长征五号运载火箭在海南

文昌航天发射场进行多次调试,在某次实验中该发动机向后喷射的气体速度

约为3000m/s,产生的推力约为4.8×106N,则它在1s时间内喷射的气体质量

约为多少千克?答案1.6×103kg解析设发动机在1s时间内喷射的气体质量为m,由动量定理可得F·Δt=Δm·v解得Δm=

=

kg=1.6×103kg。典例1

(2020江苏南京、盐城第二次模拟)2019年变式1

(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示广告,描述了高

空坠物对人伤害的严重性。小王同学用下面的实例来检验广告词的科学性:

用一个鸡蛋从8楼的窗户自由下落到地面。经测量鸡蛋质量约50g,下落到地

面的瞬时速度约为20m/s,与地面接触时间约为0.02s。不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2。求鸡蛋:(1)下落到地面时动量的大小;(2)对地面平均作用力的大小。变式1(2020江苏盐城第三次模拟)如图所示是一则安全警示答案(1)1kg·m/s(2)50.5N解析(1)鸡蛋下落到地面时动量的大小为p=mv=50×10-3×20kg·m/s=1kg·m/s(2)设竖直向上为正方向,根据动量定理可知(F-mg)Δt=0-(-mv)解得地面对鸡蛋的平均作用力的大小F=

+mg=

N+0.05×10N=50.5N根据牛顿第三定律可知鸡蛋对地面的平均作用力的大小为F'=F=50.5N答案(1)1kg·m/s(2)50.5N二、动量守恒定律及应用应用动量守恒定律解题的基本步骤二、动量守恒定律及应用典例2

(2020江苏南京六校联合体联考)质量为4kg的物体B静止在光滑水平面上,一质量为1kg的物体A以2.0m/s的水平速度和B发生正碰,碰撞后A以0.2m/s的速度反弹,则碰撞后物体B的速度大小为

;此过程中系统损失的机械能等于

。典例2

(2020江苏南京六校联合体联考)质量为4k答案0.55m/s1.375J解析以物体A的初速度方向为正方向,设物体A质量为m1,物体B质量为m2,A

初速度为v1,碰撞后v'1。该过程动量守恒,因此有m1v1+0=m1v1'+m2v2代入数据解得v2=0.55m/s根据动能定理可得ΔE=

m1

-

代入数据可得ΔE=1.375J答案0.55m/s1.375J变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1.05kg的模型火

箭点火升空,在0.02s时间内有50g燃气以大小为200m/s的速度从火箭尾部喷

出。在燃气喷出过程,火箭获得的平均推力为

N,在燃气喷出后的瞬

间,火箭的速度大小为

m/s(燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略)。变式2(2020江苏扬州大桥高级中学学情调研)将总质量为1答案50010解析在燃气喷出过程,以燃气为研究对象,规定火箭的速度方向为正方向,

根据动能定理可得:-FΔt=-m气v气-0,解得F=

=500N,根据牛顿第三定律可得火箭获得的平均推力为500N;喷射前后系统的动量守恒,根据动量守恒定

律得0=(M-m气)v箭-m气v气,解得火箭的速度大小v箭=

=10m/s。答案50010三、氢原子能级跃迁1.解决氢原子能级跃迁问题的技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群原子和一个原子不同。一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多

为(n-1);一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N=

=

(还可以利用能级图求解)。三、氢原子能级跃迁2.受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量(1)光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于两能级之间的能量差,hν=ΔE。(2)碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于两能级之间的能量差即可,E外≥ΔE。(3)大于电离能的光子可被吸收将原子电离。2.受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量典例3

(2020北京,2,3分)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能

级上,下列说法正确的是

()

A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量C典例3

(2020北京,2,3分)氢原子能级示意如图。解析

大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1能级最多可辐射出

=3种不同频率的光子,故A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光

子能量为hν1=13.6eV-1.51eV=12.09eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光

子能量为hν2=3.4eV-1.51eV=1.89eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比

跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁

到n=4能级,需要吸收的能量为E=1.51eV-0.85eV=0.66eV,故C正确;根据能级

图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量,故D错误。解析

大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1能级最多可辐变式3[2020江苏单科,12(2)]大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,

其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为

,

波长为λ1的光子的动量为

。(已知普朗克常量为h,光速为c)答案

解析氢原子从激发态直接跃迁到基态时辐射光子的能量最大,波长最短,故

En-E1=h

。波长为λ1的光子的动量p=

。变式3[2020江苏单科,12(2)]大量处于某激发态的氢四、核反应方程、核能1.书写核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。2.半衰期公式:半衰期是一个统计规律,半衰期是由原子核内部的因素决定,只

与元素的种类有关,跟元素所处的物理或化学状态无关。3.核能的计算:①ΔE=Δmc2,其中Δm为核反应方程中的质量亏损;②ΔE=Δm×931.5MeV,其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位。四、核反应方程、核能典例4

(2020江苏泰州5月模拟)一静止的氡核

Rn衰变为钋核

Po和α粒子,其中

Rn

Po、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,设释放的核能全部转化钋核和α粒子的动能。(1)写出衰变方程式

;(2)求α粒子的动能

。答案

Rn

Po

He或

Rn

Po+α

(m1-m2-m3)c2典例4

(2020江苏泰州5月模拟)一静止的氡核 Rn解析(1)核反应方程满足质量数守恒与电荷数守恒,则衰变方程为

Rn

Po

He或

Rn

Po+α(2)核反应过程中释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2=EkPo+Ekα衰变过程中动量守恒pPo=pα根据p=

可知

=

则α粒子的动能为Ekα=

·ΔE=

(m1-m2-m3)c2解析(1)核反应方程满足质量数守恒与电荷数守恒,则衰变方程变式4(2020江苏南京金陵中学、海安高级中学、南京外国语学校第四次

模拟)质子与中子发生核反应生成氘核,放出能量,其核反应方程为

;已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg,质子的质量mp=1.6726×10-27kg,

氘核的质量mD=3.3436×10-27kg,真空中的光速为3.00×108m/s,则氘核的比结

合能为

(保留两位有效数字)。变式4(2020江苏南京金陵中学、海安高级中学、南京外国语答案(1

H

n

H(2)1.8×10-13J解析核反应方程为

H

n

H。氘核是由1个质子、1个中子构成,其核子与原子核的质量差为Δm=mp+mn-mD=1.6726×10-27kg+1.6749×10-27kg-3.3436

×10-27kg=0.0039×10-27kg,氘核的结合能为ΔE=Δmc2,代入数据解得ΔE=3.51×10-13J,则氘核的比结合能为

=1.8×10-13J。答案(1 H n H(2)1.8×10-13J五、光电效应1.分析光电效应的两条线索

五、光电效应2.光电效应四类图像

极限频率νc→横轴截

距;逸出功W0→纵轴截

距的绝对值;普朗克常

量h→图线的斜率遏止电压Uc→图线与横轴的交点;饱和光电流I