高考物理二轮复习第17课件讲碰撞与动量守恒近代物理初步

1、专题九碰撞与动量守恒近代物理初步,【主干回顾】,【核心精华】 知识规律 (1)动量、动量守恒定律。 条件:系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。 表达式:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2。 (2)能级跃迁。 辐射条件:h=Em-En。 辐射光谱线条数:一群处于量子数为n的激发态的氢原子, 可辐射出的光谱线条数N= 。,(3)光电效应。 光电效应规律。光电效应方程:h=Ek+W0。 (4)核反应、核能的计算。 两个守恒:质量数守恒、电荷数守恒。 质能方程:E=mc2。,思想方法 (1)物理思想:理想化模型思想、守恒思想、类比思想。 (2)物理方法:临界法、整体与隔离法。,热点考向一 动量

2、守恒定律的应用 【典题1师生探究】(2014厦门模拟)质量为4kg的装砂小车以5m/s的速度沿光滑水平面做匀速运动。质量为1kg的物体从0.2m高处自由落下,恰落入车中砂里。则车速度为() A.5m/s B.4.4m/s C.4m/s D.2m/s,【破题关键】 (1)“沿光滑水平面做匀速运动”说明_。 (2)“物体自由落下”说明_。 (3)物体和小车最终_相等。,水平方向动量守恒,水平方向速度为零,速度,【解析】选C。由于物体和小车组成的系统在水平方向动量 守恒,即Mv0=(M+m)v,解得:v= =4m/s,故选C。,【拓展延伸】 (1)在【典题1】若物体以1m/s水平抛出恰落入车中砂里,

3、则车速度为多少? 【解析】据Mv0+mv1=(M+m)v,得v=4.2m/s 答案:4.2m/s,(2)在【典题1】中若小车中不断有砂从车底漏出,则车速如何变化? 【解析】由于漏出的砂具有与车相同的水平速度,据Mv0= (M-m)v+m v0,有v= v0,即车速不变。 答案:不变,【典题2自主探究】(2013泉州二模)如图所示,质量为M的盒子放在光滑的水平面上,盒子内表面不光滑,盒内放有一块质量为m的物体,某时刻给物体一个水平向右的初速度v0,那么在物体与盒子前后壁多次往复碰撞后() A.两者的速度均为零 B.两者的速度总不会相等 C.盒子的最终速度为 ,方向水平向右 D.盒子的最终速度为

4、,方向水平向右,【审题流程】 第一步:审题干提取信息 物体与盒子相互作用过程动量守恒,往复碰撞后具有共同速度。 第二步:审问题确定思路 由动量守恒得往复碰撞后的共同速度。,【解析】选D。由于盒子内表面不光滑,在多次碰撞后物体与 盒子相对静止,B项错误;由动量守恒得:mv0=(M+m)v解得: v= ,故D项正确,A、C项错误。,【解题悟道】 (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。 系统不受外力或所受合外力的矢量和为零时,系统动量守恒; 系统所受内力远大于外力时,可认为系统动量守恒; 系统在某一方向上不受外力或所受合外力的矢量和为零,在该方向上系统动量守

5、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。 (4)根据动量守恒定律列方程求解。,【对点训练】 1.(2014浙江高考)如图所示,甲木块的质量为m1,以v的速度沿光滑水平地面向前运动,正前方有一静止的、质量为m2的乙木块,乙上连有一轻质弹簧。甲木块与弹簧接触后() A.甲木块的动量守恒 B.乙木块的动量守恒 C.甲、乙两木块所组成系统的动量守恒 D.甲、乙两木块所组成系统的动能守恒,【解析】选C。根据动量守恒定律的条件,以甲、乙为一系统,系统的动量守恒,A、B错误,C正确;甲、乙的一部分动能转化为弹簧的弹性势能,甲、乙系统的动能不守恒,D错误。,2.(2014福建高考)一枚

6、火箭搭载 着卫星以速率v0进入太空预定位置, 由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化,则分离后卫星的速率v1为() A.v0-v2 B.v0+v2 C.v0- v2 D.v0+ (v0-v2),【解析】选D。根据动量守恒定律有(m1+m2)v0=m1v1+m2v2, 可得v1=v0+ (v0-v2),故选D。,3.如图所示,一质量M=3.0kg的长方体 木板B放在光滑水平地面上,在其右端 放一质量m=1.0kg的小木块A。现以地面为参照系,给A和B以大小均为4.0m/s,方向相

7、反的初速度,使A开始向左运动,B开始向右运动,但最后A并没有滑离木板B。站在地面的观察者看到在一段时间内小木块A正在做加速运动,则在这段时间内的某时刻木板B相对地面的速度大小可能是() A.2.4m/sB.2.8m/s C.3.0m/s D.1.8m/s,【解析】选A。A相对地面速度为0时,木板的速度为v1,由动量 守恒得:(向右为正)Mv-mv=Mv1,得:v1= m/s。木块从此时开 始向右加速,直到两者有共同速度为v2,由动量守恒得:Mv-mv= (M+m)v2,得:v2=2m/s。故B对地面的速度在2 m/s范围内,所以A正确,B、C、D错误。,热点考向二氢原子能级跃迁、光电效应 【典

8、题3师生探究】(2014莆田二模)如图为氢原子能级 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(),A.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6.34eV的金属铂能发生光电效应,【破题关键】 (1)“有大量的氢原子”说明该能级的原子可向_低能级 跃迁。 (2)能级差越大的跃迁,辐射出的光子能量越_,频率越_, 波长越_。 (3)光子能量_金属表面

9、的逸出功能发生光电效应。,各个,大,大,小,大于,【解析】选D。处于n=4激发态的大量氢原子跃迁时,最多发出 的光子种数为 =6,C错;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子能量最小,所以频率最小,波长最长,容易表现出衍射现象,A、B错;n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光的能量是10.2eV,大于金属铂的逸出功,能发生光电效应,D正确。,【拓展延伸】 (1)在【典题3】中辐射出的光有几种能使金属铂发生光电效应? 【解析】据发生光电效应的条件可知分别从n=4、3、2能级跃迁到n=1能级的光能使金属铂发生光电效应,有3种。 答案:3,(2)在【典题3】中若只有一个处于n=4的激发态的氢原子最多可

10、辐射出几种不同频率的光? 【解析】由于只有一个氢原子,最多从n=4的能级跃迁到n=3能级;n=3的能级跃迁到n=2能级;n=2的能级跃迁到n=1能级,即最多3种。 答案:3,【典题4自主探究】(2014上海高考)在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是() A.光电效应是瞬时发生的 B.所有金属都存在极限频率 C.光电流随着入射光增强而变大 D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大,【审题流程】 第一步:审题干提取信息 光电效应的实验规律与波动理论内容。 第二步:审问题确定思路 光电效应的瞬时发生、光电子最大初动能和金属存在极限频率与入射光强度无关说明与光的波动理论的矛盾。,【解析】选

11、C。光电效应产生的时间极短,电子吸收光的能量是瞬间完成的,而不像波动理论所预计的那样可以逐渐叠加,A错误。光电效应中所有金属都存在极限频率,当入射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应。光的波动理论认为不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可以获得足够能量从而逸出表面,不应存在极限频率,B错误。光电效应中入射光越强,光电流越大,这与光的波动理论不矛盾,C正确。光电效应中入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大。光的波动理论认为光强越大,电子可获得更多的能量,光电子的最大初动能越大,D错误。,【解题悟道】 解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧 (1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级

12、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,它们的核外电子向基态跃迁时 发射光子的种类N= (4)计算能级能量时应注意:因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;能量单位1eV=1.610-19J。,【对点训练】 1.(2014江苏高考)已知钙和钾的截止频率分别为7.73 1014Hz和5.441014Hz,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】选A。根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm=h-

13、h0， 因为钙的0大，所以能量Ekm小，频率小，波长大，B、C项错 误，A项正确；根据物质波波长= ，所以钙逸出的光电子动量小，D项错误。,2.如图所示为氢原子能级图,可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV。下列说法正确的是(),A.大量处在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时,发出的光有一部分是可见光 B.大量处在n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时,发出的光是紫外线 C.大量处在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,发出的光都应具有显著的热效应 D.处在n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离,【解析】选D。当处在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时,放出光子的最

14、大能量E=1.51eV,故不可能为可见光,A错;当从n=3能级向n=2能级跃迁时,光子能量E=3.4eV-1.51eV=1.89eV为可见光,B错;当从n=3能级向n=1能级跃迁时,光子能量E=12.09eV在紫外区,无显著的热效应,C错;紫外线光子的能量h3.11eV,大于处于n=3能级的氢原子的电离能,故D正确。,3.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),如图所示。则可判断出(),A.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

15、光对应的光电子最大初动能,【解析】选B。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压相等,且小于丙光对应的遏止电压,所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光对应的光电子最大初动能,故D项错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0知甲光和乙光的频率相等,且小于丙光的频率,故A错误,B正确;而截止频率是由金属决定的,与入射光无关,故C错误。,热点考向三核反应及核能 【典题5师生探究】某科学家提出年轻热星体中核聚变的 一种理论,其中的两个核反应方程为 方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:则X是,Q2(选填“大于”“等于”或“小于”)Q1。,【破题关键】 (1)核反应过程中,质量数

16、与电荷数_; (2)明确质量亏损m的计算方法; (3)核反应释放的能量:Q=E=_,即Q与m成_。,守恒,mc2,正比,【解析】核反应过程中,反应前后质量数和电荷数守恒,所以 X的质量数15+1-12=4,电荷数1+7-6=2,所以X为 ;据E= mc2,经过计算m1=0.002 1u,m2=0.005 3u,则可以知道Q2Q1。 答案: 大于,【拓展延伸】 (1)计算【典题5】中Q1、Q2的大小(1原子质量单位u相当于931.5MeV能量)。 【解析】经过计算m1=0.002 1u,m2=0.005 3u, Q1=0.002 1931.5MeV=1.956MeV Q2=0.005 3931.

17、5MeV=4.937MeV 答案:1.956MeV4.937MeV,(2)【典题5】中,由于核聚变的进行,年轻热星体的元素组成发生什么样的变化? 【解析】 的含量越来越少, 的含量越来越多。 答案:见解析,【解题悟道】 核反应方程及核能的计算 (1)掌握核反应方程中的守恒。 质量数守恒;电荷数守恒。,(2)核能的计算方法。 根据爱因斯坦质能方程,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方,即E=mc2(J)。 根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV,即E=m931.5(MeV)。 如果核反应时释放的核能是以动

18、能形式呈现,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。,【对点训练】 1.(2014福建高考)如图,放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是(),A.表示射线,表示射线 B.表示射线,表示射线 C.表示射线,表示射线 D.表示射线,表示射线 【解析】选C。由放射现象中射线带正电,射线带负电,射线不带电,结合在电场与磁场中的偏转可知是射线,是射线,故选C。,2.含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出、射线,这些射线会致使细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是(),A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡核,经过7.6天就只剩下一