《高考物理二轮复习专题9动量守恒定律原子结构与原子核学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理二轮复习专题9动量守恒定律原子结构与原子核学案（含解析）（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题9 动量守恒定律 原子结构与原子核考向预测对动量守恒这一部分内容，主要考查动量定理，验证动量守恒定律。题型灵活性强，难度较大，能力要求高，物理情景多变，多次出现在两个守恒定律交汇的综合题中。在原子物理这一部分内容中，主要考查光电效应，原子结构原子核与核能。虽然对光电效应、原子结构原子核与核能的考查频率比较高，但是在复习的过程中，原子的能级和跃迁也应该引起高度的重视。高频考点：动量定理与动量守恒和能量守恒问题、光电效应、原子的能级和跃迁、原子结构原子核与核能。知识与技巧的梳理考点一、动量、冲量和动量定理例 (2017全国卷T20)(多选)一质量为2 kg的物块在合外力F的作用下从静止开始沿直
2、线运动。F随时间t变化的图线如图所示，则()At1 s时物块的速率为1 m/sBt2 s时物块的动量大小为4 kgm/sCt3 s时物块的动量大小为5 kgm/sDt4 s时物块的速度为零【审题立意】本题考查动量定理。求变力的冲量是动量定理应用的重点，也是难点。Ft图线与时间轴所围面积表示冲量。【解题步骤】方法一：根据F-t图线与时间轴围成的面积的物理意义为合外力F的冲量，可知在01 s、02 s、03 s、04 s内合外力冲量分别为2 Ns、4 Ns、3 Ns、2 Ns，应用动量定理Imv可知物块在1 s、2 s、3 s、4 s末的速率分别为1 m/s、2 m/s、1.5 m/s、1 m/s
3、，物块在这些时刻的动量大小分别为2 kgm/s、4 kgm/s、3 kgm/s、2 kgm/s，则A、B正确，C、D错误。方法二：前2 s内物块做初速度为零的匀加速直线运动，加速度a1 m/s21 m/s2，t1 s时物块的速率v1a1t11 m/s，A正确；t2 s时物块的速率v2a1t22 m/s，动量大小为p2mv24 kgm/s，B正确；物块在24 s内做匀减速直线运动，加速度的大小为a20.5 m/s2，t3 s时物块的速率v3v2a2t3(20.51)m/s1.5 m/s，动量大小为p3mv33 kgm/s，C错误；t4 s时物块的速率v4v2a2t4(20.52)m/s1 m/s
4、，D错误。【参考答案】AB【技能提升】1掌握基本概念和规律2应用动量定理的注意事项(1)一般来说，用牛顿第二定律能解决的问题，用动量定理也能解决，如果题目不涉及加速度和位移，用动量定理求解更简捷。动量定理不仅适用于恒力，也适用于变力。这种情况下，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值。(2)动量定理的表达式是矢量式，运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向，公式中的F是物体或系统所受的合力。【变式训练】某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大
5、于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为，重力加速度大小为g。求：(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度。解析：(1)设t时间内，从喷口喷出的水的体积为V，质量为m，则mVVv0St由式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为v0S。(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v。对于t时间内喷出的水，由机械能守恒定律得mv2mghmv02在h高度处，t时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为pmv设水对玩具的作用力的大小为F，根
6、据动量定理有Ftp由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得FMg联立式得h。考点二、动量守恒定律的应用例 如图所示，光滑水平面上有一质量M4.0 kg的平板车，车的上表面有一段长L1.5 m的粗糙水平轨道，水平轨道左侧连一半径R0.25 m的四分之一光滑圆弧轨道，圆弧轨道与水平轨道在点O处相切。现将一质量m1.0 kg的小物块(可视为质点)从平板车的右端以水平向左的初速度v0滑上平板车，小物块与水平轨道间的动摩擦因数0.5，小物块恰能到达圆弧轨道的最高点A。取g10 m/s2，求：(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小；(2)小物块与车最终相对静止时，它距点O的距离。【审题立意】本题是系统水平方
7、向动量守恒和能量守恒的问题。平板车和小滑块组成的系统水平方向动量守恒，由动量守恒和能量守恒求解；从小滑块滑上平板车到二者相对静止的过程中，由动量守恒列式，由能量守恒求解。【解题步骤】(1)平板车和小物块组成的系统在水平方向上动量守恒，设小物块到达圆弧轨道最高点A时，二者的共同速度为v1由动量守恒定律得：mv0(Mm)v1由动能定理得：mgRmgL(Mm)v12mv02联立并代入数据解得：v05 m/s。(2)设小物块最终与车相对静止时，二者的共同速度为v2，从小物块滑上平板车，到二者相对静止的过程中，由动量守恒定律得：mv0(Mm)v2设小物块与车最终相对静止时，它距O点的距离为x，由动能定理
8、得：mg(Lx)(Mm)v22mv02联立并代入数据解得：x0.5 mL，符合题意。【参考答案】(1)5 m/s(2)0.5 m【技能提升】动量守恒定律的理解与应用1动量守恒定律成立的条件：(1)系统不受外力或者所受合外力为零；(2)系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计，如碰撞、爆炸等；(3)系统在某一方向上所受的合外力为零，则该方向上动量守恒。2动量守恒定律的表达形式：m1v1m2v2m1v1m2v2，即p1p2p1p2；p1p20，即p1p2。3动量守恒定律的速度具有“四性”：矢量性；瞬时性；相对性；普适性。【变式训练】如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板
9、上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h0.3 m(h小于斜面体的高度)。已知小孩与滑板的总质量为m130 kg，冰块的质量为m210 kg，小孩与滑板始终无相对运动。取重力加速度的大小g10 m/s2。(1)求斜面体的质量；(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？解析：(1)规定向右为速度正方向。冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3。由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20(m2m3)vm2v202(m2m3)v2m2gh式
10、中v203 m/s为冰块推出时的速度。联立式并代入题给数据得m320 kg。(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有m1v1m2v200代入数据得v11 m/s设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20m2v2m3v3m2v202m2v22m3v32联立式并代入数据得v21 m/s由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩。考点三、碰撞与动量守恒例 如图所示，小球A质量为m，系在细线的一端，线的另一端固定在O点，O点到光滑水平面的距离为h。物块B和C的质量分别是5m和3m，B与C用轻弹簧拴接，置于光滑
11、的水平面上，且B物块位于O点正下方。现拉动小球使细线水平伸直，小球由静止释放，运动到最低点时与物块B发生正碰(碰撞时间极短)，反弹后上升到最高点时到水平面的距离为。小球与物块均视为质点，不计空气阻力，重力加速度为g，求碰撞过程中B物块受到的冲量大小及碰后轻弹簧获得的最大弹性势能。【解题步骤】设小球A运动到最低点与物块B碰撞前的速度大小为v1，取小球A运动到最低点时的重力势能为零，根据机械能守恒定律有：mghmv12解得：v1设碰撞后小球A反弹的速度大小为v1，同理有：mgmv12解得：v1设碰撞后物块B的速度大小为v2，取水平向右为正方向，由动量守恒定律有：mv1mv15mv2解得：v2 由动
12、量定理可得，碰撞过程中B物块受到的冲量大小为：I5mv2m碰撞后当B物块与C物块速度相等时轻弹簧的弹性势能最大，据动量守恒定律有：5mv28mv3据机械能守恒定律得：Epm5mv228mv32解得：Epmmgh。【参考答案】mmgh【技能提升】碰撞遵从的三个原则1. 动量守恒，即p1p2p1p2；2. 动能不增加，即Ek1Ek2Ek1Ek2；3. 速度合理，碰撞前v前v后，碰撞后v前v后。【变式训练】光滑水平地面上停放着一辆质量m2 kg的平板车，质量M4 kg 可视为质点的滑块静止放在车左端，滑块与车之间的动摩擦因数0.3，如图所示，一水平向右的推力F24 N作用在滑块M上0.5 s撤去，车
13、继续向右运动一段时间后与竖直墙壁发生碰撞，设碰撞时间极短且车以原速率反弹，滑块与车之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，车足够长，以至滑块不会从车右端滑落，g10 m/s2，求：(1)车第一次与墙壁碰撞后速度减为零时，相对滑块运动的距离及此时滑块的速度；(2)车第二次与墙壁碰撞前的瞬间速度；(3)为使滑块不会从车右端滑落，车的最小长度。解析：(1)滑块与车之间的最大静摩擦力fmMg设滑块与车不发生相对滑动而一起加速运动的最大加速度为am，以车为研究对象，则am6 m/s2以滑块和车整体为研究对象，设作用在滑块上使滑块与车一起加速运动的水平推力的最大值为Fm，则Fm(Mm)am36 N已知水平
14、推力F24 N36 N，所以在F作用下滑块和车能相对静止地一起向右加速运动，由动量定理得Ft(Mm)v1，解得v12 m/s由题意知，车第一次碰墙后到第二次碰墙前，车和滑块组成的系统动量守恒车向左运动的速度减为零时，由于mM，滑块仍在向右运动，设此时滑块的速度为v1，车相对滑块运动的距离为s，则Mv1mv1Mv1，解得v11 m/s以车为研究对象，根据动能定理可得Mgsmv12，解得s m。(2)第一次碰墙后车运动到速度为零时，滑块仍有向右的速度，滑动摩擦力使车以加速度am重新向右加速，如果车的加速过程持续到与墙第二次相碰，则加速过程位移也为s，可算出第二次碰撞瞬间的速度大小也为2 m/s，系统的总动量大于第一次碰墙后的动量，这显然是不可能的，可见在第二次碰墙前车已停止加速，即第二次碰墙前某一时间车和滑块已相对静止，设车与墙壁第二次碰撞前瞬间速度为v2，则Mv1mv1(Mm)v2，解得v2 m/s。(3)车每次与墙碰撞后一段时间内，滑块都会相对车有一段向右的滑动，由于两者相互摩擦，系统的部分机械能转化为内能，车与墙多次碰撞后，最后全部机械能转化为内能，车停在墙边，滑块相对车的总位移(即车的最小长度)设为l，则Mgl(Mm)v12，解得l1 m。考点四、光电效应例 (2017全国卷T19)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b
