动量守恒定律原子结构和原子核中常考的3个问题

第15讲动量守恒定律、原子结构和原子核中常考的3个问题 考情报告 主要题型：填空、问答、计算难度档次： 中 档 难 度 ， 同 时 考 查 动 量 守 恒 与 碰 撞 、原 子 与 原 子 核 两 部 分 内 容 或 “ 关 联 性 综合 ” 或 “ 拼 盘 式 组 合 ” 一 般 选 取 4个 考 点组 成 2个 小 题 ， 只 对 考 点 知 识 直 接 应 用 ， 只做 模 块 内 综 合 高考热点 高考必备 名师助考 1 系 统 化 的 思 维 方 法 ， 就 是 根 据 众 多 的已 知 要 素 、 事 实 ， 按 照 一 定 的 联 系 方 式 ，将 其 各 部 分 连 接 成 整 体 的 方 法 (1)对 多 个 物 理 过 程 进 行 整 体 思 维 ， 即 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 (2)对 多 个 研 究 对 象 进 行 整 体 思 维 ， 即 把两 个 或 两 个 以 上 的 独 立 物 体 合 为 整 体 进 行考 虑 例 如 应 用 动 量 守 恒 定 律 时 ， 就 是 把多 个 物 体 看 成 整 体 (或 系 统 ) 2 在 配 平 核 反 应 方 程 式 时 ， 一 般 先 满 足质 量 数 守 恒 ， 后 满 足 电 荷 数 守 恒 3 在 处 理 粒 子 的 碰 撞 和 衰 变 问 题 时 ， 通常 应 用 动 量 守 恒 定 律 、 质 能 方 程 和 能 的 转化 与 守 恒 定 律 综 合 分 析 4 核 能 的 计 算 方 法 若 m以 kg为 单 位 ， E mc2， 则 E的 单 位 为 焦 耳 若 m以 原 子 的 质 量 单 位 u为 单 位 ， 则 E m 931.5 MeV. 常考问题 【例1】 (2011课 标 全 国 卷 ， 35)(1)在 光 电效 应 实 验 中 ， 某 金 属 的 截 止 频 率 相 应 的 波长 为 0， 该 金 属 的 逸 出 功 为 _ 若用 波 长 为 (0)的 单 色 光 做 该 实 验 ， 则 其遏 止 电 压 为 _ 已 知 电 子 的 电 荷 量 、真 空 中 的 光 速 和 普 朗 克 常 量 分 别 为 e、 c和 h.光电效应现象与动量守恒定律的组合 (2)如 图 15 1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 v 0.求 弹 簧 释放 的 势 能 图 15 1 本题考查了光电效应方程、动量守恒定律及机械能守恒定律，主要考查分析综合能力，属中等难度题 (1)研 究 光 电 效 应 时 ， 用 频 率 相同 、 强 度 不 同 的 光 分 别 照 射 密 封 真 空 管 的钠 极 板 (阴 极 K)， 钠 极 板 发 射 出 的 光 电 子 被阳 极 A吸 收 ， 在 电 路 中 形 成 光 电 流 光 电流 I与 A、 K之 间 的 电 压 UAK的 关 系 ， 如 图 15 2所 示 根 据 遏 止 电 压 (图 中 的 Uc)可 以 推算 出 的 量 是 _图 15 2 A 钠 发 生 光 电 效 应 的 极 限 频 率 B 钠 在 这 种 频 率 的 光 照 射 下 的 最 大 初 动能 C 钠 在 其 它 任 何 频 率 的 光 照 射 下 的 最 大初 动 能 D 钠 发 生 光 电 效 应 的 逸 出 功 (2)溜 冰 场 上 A、 B两 人 分 别 坐 在 两 辆 碰 碰 车上 沿 同 一 直 线 相 向 运 动 ， A的 质 量 是 40 kg，他 推 着 一 个 质 量 是 10 kg的 滑 块 向 前 运 动 ，速 率 是 3 m /s； B的 质 量 是 50 kg， 速 率 是 1 m /s， 为 了 避 免 两 车 相 撞 ， A将 滑 块 推 出 去 ，后 被 B接 住 碰 碰 车 质 量 都 是 20 kg， 求 滑块 被 A推 出 去 的 最 小 速 率 解析(2)为了避免两车相撞，作用后两车速度方向相同，且vAvB时，推出滑块的速度最小 (MAM0m)vA(MBM0)vB(MA2M0MBm)v，70 370 (1)140 v，v1 m /s，(MAM0m)vA(MAM0)vmv0，70 360 110 v0，v015 m /s.答案(1)B (2)15 m /s 借题发挥 1常见概念辨析 2用图象表示光电效应方程 (1)最 大 初 动 能 Ek与 入 射 光 频 率 的 关 系图 线 如 图 所 示 (2)由 曲 线 可 以 得 到 的 物 理 量 极 限 频 率 ： 图 线 与 轴 交 点 的 横 坐 标 0. 逸 出 功 ： 图 线 与 Ek轴 交 点 的 纵 坐 标 的值 W0 E. 普 朗 克 常 量 ： 图 线 的 斜 率 k h. 3应用动量守恒定律的解题步骤 (1)确 定 相 互 作 用 的 系 统 为 研 究 对 象 (2)分 析 研 究 对 象 所 受 的 外 力 (3)判 断 系 统 是 否 符 合 动 量 守 恒 条 件 (4)规 定 正 方 向 ， 确 定 初 、 末 状 态 动 量 的正 、 负 号 (5)根 据 动 量 守 恒 定 律 列 式 求 解 氢原子能级与动量守恒定律的组合 (2)如 图 15 3所 示 ， 光 滑 水 平 轨 道 上 有 三个 木 块 A、 B、 C， 质 量 分 别 为 mA 3m、 mB mC m， 开 始 时 ， B、 C均 静 止 ， A以 初速 度 v0向 右 运 动 ， A与 B碰 撞 后 分 开 ， B又与 C发 生 碰 撞 并 粘 在 一 起 ， 此 后 A与 B间 的距 离 保 持 不 变 求 B与 C碰 撞 前 B的 速 度 大小 图 15 3 (1)已 知 金 属 钙 的 逸 出 功 为 2.7 eV， 氢 原 子 的 能 级 图 如 图 15 4所 示 ， 一群 氢 原 子 处 于 量 子 数 n 4能 级 状 态 ， 则_ A 氢 原 子 可 能 辐 射 6种 频 率 的 光 子 B 氢 原 子 可 能 辐 射 5种 频 率 的 光 子 C 有 3种 频 率 的 辐 射 光 子 能 使 钙 发 生 光电 效 应 D 有 4种 频 率 的 辐 射 光 子 能 使 钙 发 生 光电 效 应 图 15 4 (2)如 图 15 5所 示 ， 一 长 为 l， 质 量 为 M的木 板 静 止 在 光 滑 的 水 平 面 上 ， 一 质 量 为 m的 滑 块 以 初 速 度 v0滑 到 木 板 上 ， 木 板 长 度至 少 为 多 少 才 能 使 滑 块 不 滑 出 木 板 (设 滑块 与 木 板 间 动 摩 擦 因 数 为 )图 15 5 【例3】 (2012课 标 全 国 卷 ， 35)(1)氘 核 和氚 核 可 发 生 热 核 聚 变 而 释 放 出 巨 大 的 能 量 ，该 反 应 方 程 为 ： H HHe x， 式 中 x是某 种 粒 子 已 知 H、 H、 He和 粒 子 x的 质 量分 别 为 2.014 1 u、 3.016 1 u、 4.002 6 u和1.008 7 u； 1 u 931.5 MeV/c2， c是 真 空 中的 光 速 由 上 述 反 应 方 程 和 数 据 可 知 ， 粒子 x是 _， 该 反 应 释 放 出 的 能 量 为_MeV(结 果 保 留 3位 有 效 数 字 )有关原子核的知识与动量守恒定律的组合 (2)如 图 15 6所 示 ， 小 球 a、 b用等 长 细 线 悬 挂 于 同 一 固 定 点 O.让球 a静 止 下 垂 ， 将 球 b向 右 拉 起 ，使 细 线 水 平 从 静 止 释 放 球 b，两 球 碰 后 粘 在 一 起 向 左 摆 动 ， 此后 细 线 与 竖 直 方 向 之 间 的 最 大 偏角 为 60 .忽 略 空 气 阻 力 ， 求 ： 两 球 a、 b的 质 量 之 比 ； 两 球 在 碰 撞 过 程 中 损 失 的 机 械能 与 球 b在 碰 前 的 最 大 动 能 之比 图 15 6 解析(1)核反应前后质量数、核电荷数均守恒，则161a，807b，解得：a17，b1.故X为正电子 (2)设女运动员被抱住前的速度为v2，男运动员抱住女运动员后的共同速度为v，二者抱住的过程由动量守恒定律得m1v1m2v2(m1m2)v，由题给条件，t2.0 s后两人相遇，即s(v2v1)t由代入数据可得v10 m /s.答案(1)正 电 子 17 1 (2)10 m /s 借题发挥 1核反应方程的书写 (1)核 反 应 过 程 一 般 都 不 是 可 逆 的 ， 所 以核 反 应 方 程 只 能 用 单 向 箭 头 表 示 反 应 方 向 ，不 能 用 等 号 连 接 (2)核 反 应 的 生 成 物 一 定 要 以 实 验 为 基 础 ，不 能 只 依 据 两 个 守 恒 规 律 凭 空 杜 撰 出 生 成物 来 写 核 反 应 方 程 (3)核 反 应 遵 循 质 量 数 守 恒 ， 核 反 应 过 程中 反 应 前 后 的 总 质 量 一 般 会 发 生 变 化 (质 量亏 损 )且 释 放 出 核 能 (4)核 反 应 遵 循 电 荷 数 守 恒 2 放 射 性 元 素 衰 变 的 快 慢 是 由 原 子 核 内部 因 素 决 定 的 ， 跟 原 子 所 处 的 物 理 状 态 (如温 度 、 压 强 )或 化 学 状 态 (如 单 质 、 化 合 物 )无 关 半 衰 期 是 大 量 原 子 核 衰 变 时 的 统 计规 律 ， 个 别 原 子 核 经 多 长 时 间 衰 变 无 法 预测 ， 对 个 别 或 极 少 数 原 子 核 ， 无 半 衰 期 可言 3 核 反 应 过 程 遵 循 质 量 数 守 恒 而 不 是 质量 守 恒 ， 核 反 应 过 程 前 后 的 总 质 量 一 般 会发 生 变 化 (质 量 亏 损 )且 释 放 出 核 能 遵 循电 荷 数 守 恒 随堂演练