2010届高三物理动量守恒.ppt

复习时应注意熟练掌握以下几点 1 系统动量守恒的条件及应用 2 玻尔的能级跃迁规律 3 核反应方程的规律及核能计算 4 射线的属性 一 碰撞的种类及动量守恒定律的 四性 1 碰撞的种类 2 动量守恒定律的 四性 1 矢量性 动量守恒定律表达式是矢量方程 在解题时应规定正方向 2 参考系的同一性 定律表达式中的速度应相对同一参考系 一般以地面为参考系 3 瞬时性 定律中的初态动量是相互作用前同一时刻的瞬时值 末态动量对应相互作用后同一时刻的瞬时值 4 普适性 它不仅适用于两个物体所组成的系统 也适用于多个物体组成的系统 不仅适用于宏观物体组成的系统 也适用于微观粒子组成的系统 1 应用动量守恒定律解决问题的关键是明确所要研究的相互作用的系统 2 列式求解前要分析所研究的系统是否满足动量守恒 二 玻尔理论及氢原子的能级1 玻尔理论 1 定态 能量不连续 电子绕核运动不向外辐射能量 原子处于稳定状态 En E1 n2 n 1 2 3 E1 13 6eV 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 吸收或辐射光子的能量为h E初 E末 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应 半径是不连续的 2 对氢原子能级图的理解 1 能级图如图12 1所示 2 理解 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 定态 氢原子可以有无穷多个定态 横线左端的数字 1 2 3 表示量子数 横线右端的数字 13 6 3 4 表示氢原子各定态的能量值 能级 量子数n 1的定态能量值最小 这个状态叫做基态 量子数越大 能量值越大 这些状态叫激发态 相邻横线间的距离不相等 表示相邻的能级差不等 量子数越大 相邻的能级差越小 带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级的跃迁 3 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数 每个氢原子每次跃迁能吸收或辐射一个特定频率的光子 吸收能量时 如果光子能量足够大 则吸收后原子发生电离 如果光子能量满足量子化的条件 则刚好全部吸收 如果光子能量吸收后不足以产生跃迁或电离 则这种光子不会被吸收 三 原子核的衰变 三种射线的比较及核能1 原子核的衰变 2 三种射线的性质比较 3 核能 1 原子核的结合能 克服核力做功 使原子核分解为单个核子时吸收的能量 或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量 2 质量亏损 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差 注意质量数与质量是两个不同的概念 3 质能方程 E mc2 即一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 1 对质量亏损不能误认为这部分质量转变成了能量 质量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可以相互转化 2 质量亏损不是否定了质量守恒定律 如原子核衰变产生的 射线虽然静质量为零 但动质量不为零 一 衰变和 衰变次数的确定方法1 方法一 由于 衰变不改变质量数 故可以先由质量数改变确定 衰变的次数 再根据电荷数守恒确定 衰变的次数 2 方法二 设 衰变次数为x 衰变次数为y 根据质量数和核电荷数守恒列方程求解 二 核能的计算方法1 根据爱因斯坦的质能方程 用核子结合成原子核时质量亏损 m 的千克数乘以真空中光速 c 3 108m s 的平方 即 E mc2 焦耳 2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏 MeV 能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931 5MeV 即 E m 931 5MeV 1 应用 E mc2求核能时 要注意题目中给定的核反应前后各粒子的质量单位及题目结果要求的单位 2 如果核反应过程中释放的核能以粒子动能形式存在 则要应用动量守恒和能量守恒定律求解 2009 宁夏高考 两质量分别为M1和M2的劈A和B 高度相同 放在光滑水平面上 A和B的倾斜面都是光滑曲面 曲面下端与水平面相切 如图12 2所示 一质量为m的物块位于劈A的倾斜面上 距水平面的高度为h 物块从静止滑下 然后又滑上劈B 求物块在B上能够达到的最大高度 思路点拨 m和劈A组成的系统 在m下滑过程中系统的机械能和水平方向的动量均守恒 m和劈B组成的系统 在m上滑过程中 系统的机械能和水平方向的动量也守恒 1 物块和劈A或B组成的系统 只能说在水平方向上系统动量守恒 列方程时的速度必须是物体在水平方向的速度 2 当物块m沿劈B上滑到最高点时 相对速度为零 因此二者速度相同 1 如图12 3所示 设车厢长为L 质量为M 静止在光滑水平面上 车厢内有一质量为m的物体 以速度向右运动 与车厢壁来回碰撞n次后 静止于车厢中 这时车厢的速度为 解析 物体和车厢组成的系统所受的合外力为零 物体与小车发生n次碰撞的过程中系统的动量守恒 只需考虑初 末状态 可忽略中间过程 则m的初速度为v1 v0 M的初速度为v2 0 作用后它们的末速度相同即v1 v2 v由动量守恒定律m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 得 mv0 m M v解得 方向与v0相同 向右 选项C正确 答案 C 氢原子处于基态时 原子的能量为E1 13 6eV 当处于n 3的激发态时 能量为E3 1 51eV 则 1 当氢原子从n 3的激发态跃迁到n 1的基态时 向外辐射的光子的波长是多少 2 若要使处于基态的氢原子电离 至少要用多大频率的电磁波照射氢原子 3 若有大量的氢原子处于n 3的激发态 则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子 其中波长最长的是多少 思路点拨 要使氢原子电离 吸收的最小能量为原子所处的能级的能量绝对值 而大量处于n能级的氢原子跃迁过程中可能释放出的光子种类可用计算 1 原子在各能级间跃迁时 所吸收或辐射的光子的能量只能等于两能级间的能级差 原子电离时所吸收的光子的能量大于或等于原子所处能级的能量绝对值 即 E E En 2 计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时 要注意能级的能量值均为负值 且单位均为 eV 计算时必须换算为 J 2 氢原子的能级如图12 4所示 已知可见光的光子能量范围约为1 62eV 3 11eV 则 1 若用任意频率的紫外线照射处于n 3能级的氢原子 氢原子能否电离 2 大量氢原子从高能级向n能级跃迁时 发出的光具有显著的热效应 则n至少等于多少 3 在能级图上画出大量处于n 4能级的氢原子向低能级跃迁时发出的可能的光谱线 解析 1 可见光能量范围为1 62eV 3 11eV 紫外线的光子能量一定大于3 11eV 而处于n 3激发态的氢原子发生电离需要的能量大于等于1 51eV 所以任意频率的紫外线均可使n 3激发态的氢原子电离 2 发出的光具有显著的热效应 其光子能量E 1 62eV 由能级图可知 n 3 即n至少等于3 3 大量氢原子从n 4能级跃迁时可能发出 6种光子 其谱线如图所示 答案 1 能电离 2 3 3 图见解析图 2009 潍坊模拟 设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应 这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源 已知mp 1 007276u mHe 4 002603u me 0 000548u 1 写出这个核反应方程 2 这一核反应释放的能量有多少焦 3 若太阳向空间辐射的总功率为3 8 1026W 则太阳的质量每秒钟将减少多少千克 思路点拨 解答本题时注意把握以下几个方面 1 写核反应方程时 要遵守质量数和电荷数守恒 2 求核能时要先求出质量亏损 m 3 太阳每秒钟质量的减少量对应太阳每秒钟辐射的能量 核能计算时要注意单位的对应 m用千克 则 E用焦耳作单位 m用u作单位 则 E用电子伏作单位 且记1u对应931 5MeV 如果 m用u作单位 最后要求 E用 J 单位 这时要注意对最后结果换算单位 3 2009 盐城模拟 镭 Ra 是历史上第一个被分离出来的放射性元素 已知能自发地放出 粒子而变成新核Rn 已知的质量为M1 3 7533 10 25kg 新核Rn的质量为M2 3 6867 10 25kg 粒子的质量为m 6 6466 10 27kg 计算结果保留两位有效数字 1 写出该核反应的方程式 2 此反应过程中放出的能量是多少 思路点拨 Pu进行 衰变的过程中释放出的能量分为三部分 U核的动能 粒子的动能和 光子的能量 同时静止的Pu核衰变过程中还满足动量守恒定律 在 衰变 衰变及原子核的人工转变反应中释放的核能往往与核运动的动能有关 在这种情况下 应用动量守恒或能量守恒来计算核能 4 一静止的氡核发生 衰变 放出一个速度为v0 质量为m的 粒子和一个质量为M的反冲核钋 Po 若氡核发生衰变时 释放的能量全部转化为 粒子和钋核的动能 1 写出衰变方程 2 求出反冲核的速度 计算结果不得使用原子量表示 3 求出这一衰变过程中亏损的质量 计算结果不得使原子量表示 1 2009 潮州模拟 下列叙述正确的是 A 原子核式结构模型是由汤姆孙在 粒子散射实验基础上提出的B 发现质子的核反应是C 核力是强相互作用的一种表现 只有相邻核子之间才存在核力作用D 衰变说明了 粒子 电子 是原子核的组成部分 解析 原子核式结构模型是由卢瑟福在 粒子散射实验基础上提出的 A错误 卢瑟福在用轰击时发现了质子 B正确 核力是一种强相互作用力 是短程力 只发生在相邻的核子之间 C正确 衰变是原子核内一个中子转化为质子时放出来的 它不是原子核的组成部分 D错误 答案 BC 2 2009 安徽高考 原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源 当氘等离子体被加热到适当高温时 氘核参与的几种聚变反应可能发生 放出能量 这几种反应的总效果可以表示为 由平衡条件可知 A k 1 d 4B k 2 d 2C k 1 d 6D k 2 d 3 解析 核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒 所以6 2 4k d 2 6 1 2k d 解得k 2 d 2 因此B选项正确 答案 B 解析 由核反应中质量数 电荷数守恒可确定X是两个核反应中的质量亏损分别为 m1 1 0078 12 0000 13 0057 u 0 0021u m2 1 0078 15 0001 12 0000 4 0026 u 0 0053u 结合爱因斯坦质能方程 E mc2知Q1 Q2 故B正确 答案 B 4 2009 宁夏高考 关于光电效应 下列说法正确的是 A 极限频率越大的金属材料逸出功越大B 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应C 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小D 入射光的光强一定时 频率越高 单位时间内逸出的光电子数就越多 解析 由W0 h 0可知A正确 照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应 即B错 由Ek h W0可知C错 单位时间内逸出的光电子数与频率无关 决定于入射光的强度 故D错 答案 A 5 2009 福州质检 如图12 5所示 在光滑水平面上 有质量分别为2m和m的A B两滑块 它们中间夹着一根处于压缩状态的轻质弹簧 由于被一根细绳拉着处于静止状态 当剪断细绳 在两滑块脱离弹簧之后 下述说法正确的是 A 两滑块的动能之比EkA EkB 1 2B 两滑块的动量大小之比pA pB 2 1C 两滑块的速度大小之比vA vB 2 1D 弹簧对两滑块做功之比WA WB 1 1 6 2009 广西南宁市模拟 下列关于天然放射现象和有关核反应的说法中错误的是 A 铀核衰变为铅核的过程中 要经过8次 衰变和6次 衰变B 在 这三条射线中 射线的穿透能力最强 射线的电离能力最强C 核反应中表示的是质子D 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射出一个 光子 此核反应中 氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 解析 由质量数和电荷数守恒可知 A正确 C中的x为正电子错误 由 三种射线的特性知 B正确 一个质子和一个中子聚变成一个氘核时辐射出一个光子 此核反应过程放出能量 故D正确 答案 C 7 2009 商丘市模拟 氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线 一条红色 一条蓝色 两条紫色 它们分别是从n 3 4 5 6能级向n 2能级跃迁时产生的 则 A 红色光谱是氢原子从n 3能级向n 2能级跃迁时产生的B 蓝色光谱是氢原子从n 6能级或n 5能级向n 2能级跃迁时产生的C 若从n 6能级向n 1能级跃迁时 则能够产生紫外线D 若原子从n 6能级向n 1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应 则原子从n 6能级向n 2能级跃迁时产生的辐射有可能使该金属发生光电效应 解析 红色光谱对应光子能量最小 应为从n 3能级跃迁到n 2能级时产生的 A正确 蓝色光谱为n 4能级跃迁到n 2能级时产生的 B错误 从n 6能级跃迁到n 1能级产生的光子能量比从n 6能级跃迁到n 2能级产生的光子能量大 故应产生紫外线 C正确 因从n 6能级向n 2能级跃迁产生的光子频率小于原子从n 6能级向n 1能级跃迁时产生的光子频率 由光电效应产生的条件可知 D错误 答案 AC 8 2009 福建省南靖四中模拟 每小题只有一个选项符合题意 1 下列说法正确的是 填选项前的编号 中子和质子结合成氘核时吸收能量 放射性物质的温度升高 其半衰期减小 某原子核经过一次 衰变和两次 衰变后 核内中子数减少4个 射线的电离作用很强 可用来消除有害静电 2 a b两球在光滑的水平面上沿同一直线发生正碰 作用前a球动量pa 30kg m s b球动量pb 0 碰撞过程中 a球的动量减少了20kg m s 则作用后b球的动量为 填选项前的编号 20kg m s 10kg m s 20kg m s 30kg m s 解析 1 中子和质子结合成氘核时释放能量 放射性元素的半衰期不随温度而改变 射线的电离作用最弱 故 均错误 原子核要经过一次 衰变 中子数减少2 经过一次 衰变 一个中子就转化为一个质子同时放出电子 故 正确 2 因a b组成的系统动量守恒 由pa pb pa pb 得 30kg m s 0 10kg m s pb 得 pb 20kg m s 故 正确 答案 1 2 9 2009 滨州模拟 如图12 6所示 木块质量m 0 4kg 它以速度v 20m s水平地滑上一辆静止的平板小车上 已知小车质量M 1 6kg 木块与小车间的动摩擦因数为 0 2 木块没有滑离小车 地面光滑 g取10m s2 求 1 木块相对小车静止时小车的速度 2 从木块滑上小车到木块相对于小车刚静止时 小车移动的距离 10 2009 抚顺市调研 云室处于一个垂直于纸面向外的匀强磁场中 一个静止的原子核在云室中发生了一次衰变 放出一个粒子 其衰变产物在磁场中的轨迹如图12 7所示 已知新核Y的质量为M 粒子的质量为m 衰变后粒子的速度大小为v 1 该过程发生了 衰变还是 衰变 写出核反应方程 2 假设原子核衰变时释放的能量都转化为粒子和新核的动能 求原子核衰变时释放的能量