高考物理二轮复习 专题六 第13讲 动量守恒定律　原子结构和原子核课件

第13讲动量守恒定律原子结构和原子核1.(2014浙江自选模块浙江自选模块，14)(1)(3分分)如图如图1所示，甲木块的质量为所示，甲木块的质量为m1，以，以v的速度沿光滑水的速度沿光滑水平地面向前运动，正前方有一静止的、质量为平地面向前运动，正前方有一静止的、质量为m2的乙木块，乙的乙木块，乙上连有一轻质弹簧。甲木块与弹簧连接后上连有一轻质弹簧。甲木块与弹簧连接后()图图1A.甲木块的动量守恒甲木块的动量守恒B.乙木块的动量守恒乙木块的动量守恒C.甲、乙两木块所组成系统的动量守恒甲、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甲、乙两木块所组成系统的动能守恒(2)(7分分)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图子能级图如图2所示。当氢原子从所示。当氢原子从n4的能级跃迁到的能级跃迁到n2的能级的能级时，辐射出频率为时，辐射出频率为_Hz的光子，用该频率的光照射逸出功的光子，用该频率的光照射逸出功为为2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为的钾表面，产生的光电子的最大初动能为_eV。(电子电量电子电量e1.601019 C，普朗克常量，普朗克常量h6.631034 Js)图图2答案答案(1)C(2)6.210140.302.(2015浙江自选模块浙江自选模块，14)(1)(4分分)(单选单选)以下说法正确的是以下说法正确的是()A.所有原子核中的质子数和中子数都相等所有原子核中的质子数和中子数都相等B.在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C.氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出射线射线D.只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应(2)(6分分)一辆质量一辆质量m13.0103 kg的小货车因故障停在车道上，的小货车因故障停在车道上，后面一辆质量后面一辆质量m21.5103 kg的轿车来不及刹车，直接撞入货的轿车来不及刹车，直接撞入货车尾部失去动力。相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了车尾部失去动力。相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了s6.75 m停下。已知车轮与路面间的动摩擦因数停下。已知车轮与路面间的动摩擦因数0.6，求碰撞，求碰撞前轿车的速度大小。前轿车的速度大小。(重力加速度取重力加速度取g10 m/s2)答案答案(1)B(2)27 m/s3.(2015新课标全国卷新课标全国卷，35)(1)(5分分)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频与入射光的频率率的关系如图的关系如图3所示。若该直线的斜率和截距分别为所示。若该直线的斜率和截距分别为k和和b，电，电子电荷量的绝对值为子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为，则普朗克常量可表示为_，所用，所用材料的逸出功可表示为材料的逸出功可表示为_。图图3(2)(10分分)如图如图4，在足够长的光滑水平面上，物体，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同位于同一直线上，一直线上，A位于位于B、C之间。之间。A的质量为的质量为m，B、C的质量都为的质量都为M，三者均处于静止状态。现使三者均处于静止状态。现使A以某一速度向右运动，求以某一速度向右运动，求m和和M之间之间应满足什么条件，才能使应满足什么条件，才能使A只与只与B、C各发生一次碰撞。设物体间各发生一次碰撞。设物体间的碰撞都是弹性的。的碰撞都是弹性的。图图44.(2015新课标全国卷新课标全国卷，35)(1)(5分分)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是动性的是_。(填正确答案标号。选对填正确答案标号。选对1个得个得2分，选对分，选对2个得个得4分，选对分，选对3个得个得5分。每选错分。每选错1个扣个扣3分，最低得分为分，最低得分为0分分)A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关与入射光的强度无关(2)(10分分)两滑块两滑块a、b沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗糙路段。两者的位置糙路段。两者的位置x随时间随时间t变化的图象如图变化的图象如图5所示。求：所示。求：图图5()滑块滑块a、b的质量之比；的质量之比；()整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比。的机械能之比。解析解析(1)电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故说明电子是一种波，故A正确；正确；射线在云室中穿过会留下清晰射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明的径迹，可以说明射线是一种粒子，故射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍涉现象，说明电子束是一种波，故的衍涉现象，说明电子束是一种波，故D正确；光电效应实验中，正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故关，说明光是一种粒子，故E错误。错误。答案答案(1)ACD(2)()18()12从从2015年试卷来看，本专题考查的题型由两小题组成。一年试卷来看，本专题考查的题型由两小题组成。一个是选择题，另一个是计算题。从知识内容上看，选择题个是选择题，另一个是计算题。从知识内容上看，选择题考查的是：玻尔理论、光电效应、核反应及原子核的组成，考查的是：玻尔理论、光电效应、核反应及原子核的组成，计算题为动量守恒定律与牛顿运动定律相结合的题目。计算题为动量守恒定律与牛顿运动定律相结合的题目。知识热点知识热点动量、动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁、原子核动量、动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁、原子核的衰变规律、核反应方程、光电效应等。的衰变规律、核反应方程、光电效应等。考向一原子核知识与动量守恒定律的组合考向一原子核知识与动量守恒定律的组合核心知识核心知识1.2.动量守恒定律动量守恒定律(1)条件：系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。条件：系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。(2)表达式：表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2。1.(1)(单选单选)我国矿泉水资源十分丰富，但其中也有不少水源受到天我国矿泉水资源十分丰富，但其中也有不少水源受到天然或人工的放射性污染。据有关部门检测，有些盲目开发的矿然或人工的放射性污染。据有关部门检测，有些盲目开发的矿泉水，其氡浓度远远超标，如果长期饮用这种矿泉水就会有害泉水，其氡浓度远远超标，如果长期饮用这种矿泉水就会有害健康。含有氡元素的物质溶解在矿泉水中是氡浓度远远超标的健康。含有氡元素的物质溶解在矿泉水中是氡浓度远远超标的原因之一，而氡会发生放射性衰变，放出原因之一，而氡会发生放射性衰变，放出、射线，这些射射线，这些射线会导致人体细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。下列说法线会导致人体细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。下列说法正确的是正确的是()A.在高温下氡的半衰期会变小在高温下氡的半衰期会变小B.氡元素发生氡元素发生衰变时会发生质量亏损衰变时会发生质量亏损C.射线一般伴随着射线一般伴随着或或射线产生，在这三种射线中，射线产生，在这三种射线中，射线的射线的穿透能力最强，电离能力也最强穿透能力最强，电离能力也最强D.医院常用医院常用射线来对注射区消毒射线来对注射区消毒(2)如图如图6所示，在光滑水平地面上，有一质量所示，在光滑水平地面上，有一质量m14.0 kg的平板小的平板小车，小车的右端有一固定的竖直挡板，挡板上固定一轻质细弹簧，车，小车的右端有一固定的竖直挡板，挡板上固定一轻质细弹簧，位于小车上位于小车上A点处的质量为点处的质量为m21.0 kg的木块的木块(视为质点视为质点)与弹簧的与弹簧的左端相接触但不连接，此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与左端相接触但不连接，此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与A点左侧的车面之间有摩擦，与点左侧的车面之间有摩擦，与A点右侧的车面之间的摩擦可忽略点右侧的车面之间的摩擦可忽略不计。现小车与木块一起以不计。现小车与木块一起以v02.0 m/s的初速度向右运动，小车的初速度向右运动，小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞，已知碰撞时间极短，碰撞后小将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞，已知碰撞时间极短，碰撞后小车以车以v11.0 m/s的速度水平向左运动，取的速度水平向左运动，取g10 m/s2。若弹簧始终。若弹簧始终处于弹性限度内，求小车碰撞后与木块相对静止时的速度大小和处于弹性限度内，求小车碰撞后与木块相对静止时的速度大小和弹簧的最大弹性势能。弹簧的最大弹性势能。图图6解析解析(1)半衰期与外界因素无关，由原子核内部自身的因素决半衰期与外界因素无关，由原子核内部自身的因素决定，选项定，选项A错误；原子核发生错误；原子核发生衰变时会放出衰变时会放出射线，会出现质射线，会出现质量亏损，选项量亏损，选项B正确；正确；射线一般伴随着射线一般伴随着或或射线产生，在这三射线产生，在这三种射线中，种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项C错误；错误；医院对医院里的污染区、注射区常用紫外线来消毒，而不是用医院对医院里的污染区、注射区常用紫外线来消毒，而不是用射线来消毒，选项射线来消毒，选项D错误。错误。答案答案(1)B(2)0.4 m/s3.6 J2.(1)(单选单选)以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是()A.紫外线照射到锌板表面时能够发生光电效应，当增大紫外紫外线照射到锌板表面时能够发生光电效应，当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大随之增大B.比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定越稳定C.重核的裂变过程质量增加，轻核的聚变过程质量亏损重核的裂变过程质量增加，轻核的聚变过程质量亏损D.根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能也增大势能也增大(2)如图如图7所示，光滑水平地面上停放着甲、乙两辆质量相同的平所示，光滑水平地面上停放着甲、乙两辆质量相同的平板车，一根轻绳跨过乙车的定滑轮板车，一根轻绳跨过乙车的定滑轮(不计定滑轮的质量和摩擦不计定滑轮的质量和摩擦)，绳的一端与甲车相连，另一端被甲车上的人拉在手中，已知每辆绳的一端与甲车相连，另一端被甲车上的人拉在手中，已知每辆车和人的质量均为车和人的质量均为30 kg，两车间的距离足够远。现在人用力拉，两车间的距离足够远。现在人用力拉绳，两车开始相向运动，人与甲车保持相对静止，当乙车的速度绳，两车开始相向运动，人与甲车保持相对静止，当乙车的速度为为0.5 m/s时，停止拉绳。求人在拉绳过程中做了多少功？时，停止拉绳。求人在拉绳过程中做了多少功？图图7解析解析(1)根据光电效应方程得光电子的最大初动能与入射根据光电效应方程得光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关，光的频率成正比，与入射光的强度无关，A错误；比结合错误；比结合能越大，原子越牢固，能越大，原子越牢固，B正确；重核裂变和轻核聚变都放正确；重核裂变和轻核聚变都放出能量，根据质能方程知都发生了质量亏损，出能量，根据质能方程知都发生了质量亏损，C错误；氢错误；氢原子从高能级跃迁到低能级放出一定频率的光子，总能量原子从高能级跃迁到低能级放出一定频率的光子，总能量减小，但离核越近动能越大，电势能越小，减小，但离核越近动能越大，电势能越小，D错误。错误。答案答案(1)B(2)5.625 J应用动量守恒定律解题的步骤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。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。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恒。向上系统动量守恒。(3)规定正方向，确定系统的初、末状态的动量的大小和方向。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。根据动量守恒定律列方程求解。核心知识核心知识考向二氢原子能级、光电效应与动量守恒定律的组合考向二氢原子能级、光电效应与动量守恒定律的组合3.用图象表示光电效应方程用图象表示光电效应方程极限频率：图线与极限频率：图线与轴交点的横坐标轴交点的横坐标0。逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值轴交点的纵坐标的值W0E。普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率kh。图图81.(1)(多选多选)(2015浙江嘉兴一模浙江嘉兴一模)如果在反应中释放出了能量介于如果在反应中释放出了能量介于10 eV12.9 eV范围内的光子，现用这些光子去照射一群处于基范围内的光子，现用这些光子去照射一群处于基态的氢原子态的氢原子(能级示意图如图能级示意图如图9)，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()图图9A.照射光中只有一种频率的光子被吸收照射光中只有一种频率的光子被吸收B.照射光中有三种频率的光子被吸收照射光中有三种频率的光子被吸收C.被照射过的氢原子能发射出三种不同波长的光被照射过的氢原子能发射出三种不同波长的光D.被照射过的氢原子能发射出六种不同波长的光被照射过的氢原子能发射出六种不同波长的光(2)如图如图10所示，木块所示，木块A的质量为的质量为m1，足够长的木板，足够长的木板B的质量为的质量为m2，质量为质量为m3的物体的物体C与与B静止在光滑水平地面上，现静止在光滑水平地面上，现A以速率以速率v0向右运向右运动，与动，与B碰后以速率碰后以速率v1向左弹回，碰撞时间极短，已知向左弹回，碰撞时间极短，已知B与与C间的动间的动摩擦因数为摩擦因数为，试求：，试求：图图10木板木板B的最大速度；的最大速度；物体物体C的最大速度。的最大速度。2.(1)(单选单选)如图如图11甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点的横坐直线与横轴的交点的横坐标为标为4.27，与纵轴的交点的纵坐标为，与纵轴的交点的纵坐标为0.5)，图乙是氢原子的能级，图乙是氢原子的能级图，下列说法正确的是图，下列说法正确的是()图图11A.该金属的极限频率为该金属的极限频率为4.51014 HzB.根据该图线不能求出普朗克常量根据该图线不能求出普朗克常量C.该金属的逸出功为该金属的逸出功为0.5 eVD.用用n3能级的氢原子跃迁到能级的氢原子跃迁到n2能级时所辐射的光照射该金属能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应能使该金属发生光电效应(2)如图如图12所示，在光滑的水平面上，静止的物体所示，在光滑的水平面上，静止的物体B侧面固定一个侧面固定一个轻弹簧，物体轻弹簧，物体A以速度以速度v0沿水平方向向右运动，通过弹簧与物体沿水平方向向右运动，通过弹簧与物体B发生作用，两物体的质量均为发生作用，两物体的质量均为m。图图12求它们相互作用过程中弹簧获得的最大弹性势能求它们相互作用过程中弹簧获得的最大弹性势能Ep。解析解析(1)根据爱因斯坦光电效应方程根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，可知，Ek图象在横轴上的截距等于该金属发生光电效应的极图象在横轴上的截距等于该金属发生光电效应的极限频率限频率0，由图甲知该金属的极限频率，由图甲知该金属的极限频率04.271014 Hz，该金属的逸出功该金属的逸出功W0h06.6310344.271014 J2.831019 J1.77 eV，选项，选项A、C错误；根据光电效应错误；根据光电效应方程方程EkhW0可知图线的斜率表示普朗克常量，根据该可知图线的斜率表示普朗克常量，根据该图线可求出普朗克常量，选项图线可求出普朗克常量，选项B错误；氢原子从错误；氢原子从n3能级能级跃迁到跃迁到n2能级释放的光子所具有的能量能级释放的光子所具有的能量E1.89 eV，这，这个能量大于该金属的逸出功个能量大于该金属的逸出功W01.77 eV，选项，选项D正确。正确。3.(1)(多选多选)如图如图13所示为氢原子能级示意图的所示为氢原子能级示意图的一部分，则下列说法正确的是一部分，则下列说法正确的是()图图13A.电子的轨道半径越小，对应氢原子能量越小电子的轨道半径越小，对应氢原子能量越小B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子要向外放从高能级向低能级跃迁时，氢原子要向外放出能量，电势能减少出能量，电势能减少C.大量处于大量处于n4能级的氢原子跃迁时最多能辐能级的氢原子跃迁时最多能辐射射3种频率的光种频率的光D.用用11.2 eV的光子照射，氢原子能从的光子照射，氢原子能从n1能级跃迁到能级跃迁到n2能级能级(2)光滑水平面上有三个物块光滑水平面上有三个物块A、B和和C位于同一直线上，如图位于同一直线上，如图14所示，所示，B的质量为的质量为m，A、C的质量都为的质量都为3m，开始时三个物块都，开始时三个物块都静止。让静止。让B获得向右的初速度获得向右的初速度v0，先与，先与C发生弹性碰撞，然后发生弹性碰撞，然后B又与又与A发生碰撞并粘在一起，求发生碰撞并粘在一起，求B在前、后两次碰撞后的速度在前、后两次碰撞后的速度分别是多少？分别是多少？图图14高频考点十四核反应和核能与动量、能量的组合(5)掌握核反应方程中的守恒掌握核反应方程中的守恒质量数守恒；质量数守恒；电荷数守恒。电荷数守恒。(6)核能的计算方法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空中光速c的平方，即的平方，即Emc2(J)；根据根据1原子质量单位原子质量单位(u)相当于相当于931.5兆电子伏兆电子伏(MeV)能量，用核能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即，即Em931.5 (MeV)；如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。系统动能的增量即为释放的核能。2.动量和能量综合应用的关键动量和能量综合应用的关键(1)弄清有几个物体参与运动，并划分清楚物体的运动过程；弄清有几个物体参与运动，并划分清楚物体的运动过程；(2)进行正确的受力分析，明确各过程的运动特点。进行正确的受力分析，明确各过程的运动特点。(2)(6分分)如图如图15所示，质量所示，质量mB2 kg的平板车的平板车B上表面水平，开上表面水平，开始时静止在光滑水平面上，在平板车左端静止着一块质量始时静止在光滑水平面上，在平板车左端静止着一块质量mA2 kg的物块的物块A，一颗质量，一颗质量m00.01 kg的子弹以的子弹以v0600 m/s的水的水平初速度瞬间射穿平初速度瞬间射穿A后，速度变为后，速度变为v200 m/s。已知。已知A与与B之间之间的动摩擦因数不为零，且的动摩擦因数不为零，且A与与B最终达到相对静止，则整个过程最终达到相对静止，则整个过程中中A、B组成的系统因摩擦产生的热量为多少？组成的系统因摩擦产生的热量为多少？图图15解析解析(1)根据核反应中的质量数守恒可知，根据核反应中的质量数守恒可知，ab的质量数的质量数应为应为23512234，质子数应为，质子数应为92，A项中的质量数为项中的质量数为14093233，B项中质量数是项中质量数是14192233，C项中质量项中质量数为数为14193234，质子数为，质子数为563894，D项中质量数为项中质量数为14094234，质子数为，质子数为543892，综上可知，答案为，综上可知，答案为D。答案答案(1)D(4分分)(2)2 J(1)(4分分)(单选单选)质子、中子和氘核的质量分别为质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真表示真空中的光速空中的光速)()A.(m1m2m3)c B.(m1 1m2m3)cC.(m1m2m3)c2 D.(m1m2m3)c2(2)(6分分)在光滑的水平面上，质量为在光滑的水平面上，质量为m1的小球的小球A以速率以速率v0向右运动，向右运动，在小球的前方在小球的前方O点处有一质量为点处有一质量为m2的小球的小球B处于静止状态，如图处于静止状态，如图16所示，小球所示，小球A与小球与小球B发生正碰后小球发生正碰后小球A、B均向右运动，小球均向右运动，小球B被被Q点处的墙壁弹回后与小球点处的墙壁弹回后与小球A在在P点相遇，点相遇，PQ2PO，假设小球间，假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的且碰撞时间极短，求的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的且碰撞时间极短，求两小球质量之比两小球质量之比m1m2。图图16答案答案(1)C(4分分)(2)53