高考物理大二轮总复习 增分策略 专题八 第3讲 原子物理和动量课件（选考部分）.ppt

专题八选考部分 3 3 3 4 3 5 高考题型1光电效应与光的粒子性 高考题型2原子结构和能级跃迁 高考题型3核反应和核能的计算 高考题型4动量和能量观点的综合应用 栏目索引 第3讲原子物理和动量 高考题型1光电效应与光的粒子性 解题方略 1 处理光电效应问题的两条线索一是光的频率 二是光的强度 两条线索对应的关系是 1 光强 光子数目多 发射光电子数多 光电流大 2 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 2 爱因斯坦光电效应方程Ek h W0的研究对象是金属表面的电子 意义是说 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 如图1所示 直线的斜率为h 直线与 轴的交点的物理意义是极限频率 c 直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值 图1 例1某中学的实验小组利用如图2所示的装置研究光电效应规律 用理想电压表和理想电流表分别测量光电管的电压以及光电管的电流 当开关打开时 用光子能量为2 5eV的光照射光电管的阴极K 理想电流表有示数 闭合开关 移动滑动变阻器的触头 当电压表的示数小于0 6V时 理想电流表仍有示数 当理想电流表的示数刚好为零时 电压表的示数刚好为0 6V 则阴极K的逸出功为 逸出的光电子的最大初动能为 图2 解析设用光子能量为2 5eV的光照射时 光电子的最大初动能为Ekm 阴极材料逸出功为W0 当反向电压达到U 0 6V以后 具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因此eU Ekm 由光电效应方程 Ekm h W0 由以上二式得 Ekm 0 6eV W0 1 9eV 所以此时最大初动能为0 6eV 该材料的逸出功为1 9eV 答案1 9eV0 6eV 预测1以下说法符合物理学史的是 A 普朗克引入能量子的概念 得出黑体辐射的强度按波长分布的公式 与实验符合得非常好 并由此开创了物理学的新纪元B 康普顿效应表明光子只具有能量C 德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子 认为实物粒子也具有波动性D 汤姆孙通过 粒子散射实验 提出了原子具有核式结构E 为了解释黑体辐射规律 普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的 解析普朗克引入能量子的概念 得出黑体辐射的强度按波长分布的公式 与实验符合得非常好 并由此开创了物理学的新纪元 故A正确 康普顿效应不仅表明了光子具有能量 还表明了光子具有动量 故B错误 德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子 认为实物粒子也具有波动性 故C正确 卢瑟福在用 粒子轰击金箔的实验中发现了质子 提出原子核式结构学说 故D错误 为了解释黑体辐射规律 普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的 故E正确 答案ACE 预测2如图3所示 两平行金属板A B板间电压恒为U 一束波长为 的入射光射到金属板B上 使B板发生了光电效应 已知该金属板的逸出功为W 电子的质量为m 电荷量为e 已知普朗克常量为h 真空中光速为c 下列说法中正确的是 图3 能不能发生光电效应 取决于入射光的频率 与板间电压无关 C选项错误 若减小入射光的波长 入射光频率增大 大于金属的极限频率 可以发生光电效应 D选项正确 若增大入射光的频率 金属板的逸出功不变 E选项错误 答案ABD 高考题型2原子结构和能级跃迁 解题方略 1 汤姆孙发现电子 密立根测出了电子的电荷量 卢瑟福根据 粒子散射实验构建了原子核式结构模型 玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律 卢瑟福用 粒子轰击氮核实验发现了质子 查德威克用 粒子轰击铍核发现了中子 贝可勒尔发现了天然放射现象 揭示了原子核是有结构的 小居里夫妇首次发现了放射性同位素 2 原子的核式结构模型 1 在原子的中心有一个体积很小 带正电荷的核 叫做原子核 而电子在核外绕核运动 2 原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上 带负电的电子在核外空间绕核旋转 3 能级和能级跃迁 1 轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn n2r1 n 1 2 3 2 能量量子化 3 吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子 该光子的能量由前后两个能级的能量差决定 即h Em En m n 例2以下关于玻尔原子理论的说法正确的是 A 电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B 电子在绕原子核做圆周运动时 稳定地产生电磁辐射C 电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D 不同频率的光照射处于基态的氢原子时 只有某些频率的光可以被氢原子吸收E 氢原子光谱有很多不同的亮线 说明氢原子能发出很多不同频率的光 但它的光谱不是连续谱 电子在绕原子核做圆周运动时 不会产生电磁辐射 只有跃迁时才会出现 故B错误 氢原子光谱有很多不同的亮线 说明氢原子能发出很多不同频率的光 是特征谱线 但它的光谱不是连续谱 故E正确 答案ADE 预测3关于原子结构及原子核的知识 下列判断正确的是 A 每一种原子都有自己的特征谱线B 处于n 3的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子C 射线的穿透能力比 射线弱D 衰变中的电子来自原子的内层电子E 放射性元素的半衰期与压力 温度无关解析由于每种原子都有自己的特征谱线 故可以根据原子光谱来鉴别物质 故A正确 射线的穿透能力比 射线的穿透能力弱 故C正确 原子核发生 衰变放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子 故D错误 放射性元素的半衰期与压力 温度无关 只与自身有关 E正确 答案ACE 预测4已知金属铯的逸出功为1 88eV 氢原子能级图如图4所示 下列说法正确的是 A 大量处于n 4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子B 一个处于n 3能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子C 氢原子从n 3能级跃迁到n 2能级过程中辐射出的光子能使金属铯发生光电效应 图4 D 大量处于n 2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属铯 产生的光电子最大初动能为8 32eVE 用光子能量为11eV的紫外线照射大量处于基态的氢原子 会有氢原子跃迁到n 2能级 一个处于n 3能级的氢原子最多可以辐射出两种不同频率的光子 故B错误 从n 3能级跃迁到n 2能级过程中辐射出的光子能量 E 3 4 1 51 eV 1 89eV 而金属铯的逸出功为1 88eV 符合光电效应发生条件 故C正确 根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差可知 n 2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光能量为 E 13 6 3 4 eV 10 2eV 再根据Ekm h W0 则有产生的光电子最大初动能为Ekm 10 2 1 88 eV 8 32eV 故D正确 由于氢原子的能级中基态的氢原子为能级为 13 6eV 而n 2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光能量为 E 13 6 3 4 eV 10 2eV 因此光子能量为11eV的紫外线照射大量处于基态的氢原子不可能出现跃迁现象 故E错误 答案ACD 高考题型3核反应和核能的计算 解题方略 2 射线 射线 射线之间的区别 3 核反应 核能 裂变 轻核的聚变 1 在物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 称为核反应 核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律 2 质能方程 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 即E mc2或 E mc2 3 把重核分裂成质量较小的核 释放出核能的反应 称为裂变 把轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 称为聚变 4 核能的计算 E mc2 其中 m为核反应方程中的质量亏损 E m 931 5MeV 其中质量亏损 m以原子质量单位u为单位 图5 解析轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 故A正确 放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的 与原子所处的化学状态无关 故C正确 答案ACE 预测6一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核 同时放出一个中子 并释放核能 已知氘核 氚核 氦核 中子的质量分别为m1 m2 m3 m4 真空中的光速为c 下列说法正确的是 B 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3 m4C 释放的能量 E m3 m4 m1 m2 c2D 太阳辐射的能量主要来自其内部发生的核聚变反应E 氘核的比结合能大于氦核的比结合能 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3 m4 故B正确 聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出 故光子能量为E m1 m2 m3 m4 c2 故C错误 太阳辐射的能量主要来自其内部发生的核聚变反应 故D正确 氘核的比结合能小于氦核的比结合能 故E错误 答案ABD 高考题型4动量和能量观点的综合应用 1 动量守恒定律 1 表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 或p p 系统相互作用前的总动量p等于系统相互作用后的总动量p 或 p 0 系统总动量的增量为零 或 p1 p2 相互作用的两个物体组成的系统 两物体动量的增量大小相等 方向相反 解题方略 2 动量守恒定律的适用条件 系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力为零 系统所受合力不为零 但在某一方向上系统所受外力的合力为零 则在该方向上系统动量守恒 系统虽受外力 但外力远小于内力且作用时间极短 如碰撞 爆炸过程 2 弹性碰撞与非弹性碰撞碰撞过程遵从动量守恒定律 如果碰撞过程中机械能守恒 这样的碰撞叫做弹性碰撞 如果碰撞过程中机械能不守恒 这样的碰撞叫做非弹性碰撞 3 利用动量和能量观点解题的技巧 1 若研究对象为一个系统 应优先考虑应用动量守恒定律和能量守恒定律 2 动量守恒定律和能量守恒定律都只考查一个物理过程的初 末两个状态 对过程的细节不予追究 3 注意挖掘隐含条件 根据选取的对象和过程判断动量和能量是否守恒 例4 2015 新课标全国 35 两滑块a b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 从光滑路段进入粗糙路段 两者的位置x随时间t变化的图象如图6所示 求 图6 1 滑块a b的质量之比 解析设a b的质量分别为m1 m2 a b碰撞前的速度为v1 v2 由题给图象得v1 2m s v2 1m s a b发生完全非弹性碰撞 碰撞后两滑块的共同速度为v 由题给图象得 由动量守恒定律得m1v1 m2v2 m1 m2 v 联立 式得m1 m2 1 8 答案1 8 2 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 解析由能量守恒定律得 两滑块因碰撞而损失的机械能为 由图象可知 两滑块最后停止运动 由动能定理得 两滑块克服摩擦力所做的功为 联立 式 并代入题给数据得W E 1 2答案1 2 预测7如图7所示 光滑水平地面上 人与滑板A一起以v0 0 5m s的速度前进 正前方不远处有一横杆 横杆另一侧有一静止滑板B 当人与A行至横杆前 人相对滑板竖直向上跳起越过横杆 A从横杆下方通过并与B发生弹性碰撞 之后人刚好落到B上 不计空气阻力 求最终人与B共同速度是多少 已知m人 40kg mA 5kg mB 10kg 图7 解析人跳起后A与B碰撞前后动量守恒 机械能守恒 设碰后A的速度为v1 B的速度为v2 mAv0 mAv1 mBv2 人下落与B作用前后 水平方向动量守恒 设共同速度为v3 m人v0 mBv2 m人 mB v3 预测8如图8所示 光滑水平面上有一平板车 车上固定一竖直直杆 杆的最高点O通过一长为L的轻绳拴接一个可视为质点的小球 小球的质量为小车 包括杆 质量的一半 悬点O距离地面的高度为2L 轻绳水平时 小球与小车速度均为零 释放小球 当小球运动到最低点时 轻绳断开 重力加速度为g 求 图8 1 小球运动到最低点时速度大小 解析小球下落过程中 小球与车组成的系统 水平方向动量守恒 系统机械能守恒 设小球到最低点时 小球的速率为v1 小车的速率为v2 设小球的速度方向为正方向 则由动量守恒定律和机械能守恒定律可得 mv1 2mv2 2 小球从释放到落地的过程中 小车向右移动的距离 解析设小球下落的过程中 车向右移动的距离为x2 小球向左移动的距离为x1