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1、专题十三碰撞与动量守恒近代物理专题十三碰撞与动量守恒近代物理初步初步展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨锁定考点锁定考点高效突破高效突破展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向重要考点重要考点考题预测考题预测1.1.动量、量、动量定理、量定理、动量守恒定律量守恒定律及其及其应用用. .2.2.弹性碰撞和非性碰撞和非弹性碰撞性碰撞. .3.3.氢原子的能原子的能级结构、能构、能级公公式式. .4.4.原子核的原子核的组成、放射性、原子核成、放射性、原子核的衰的衰变、半衰期、半衰期. .5.5.结合能、合能、质量量亏亏损. .6.6.核力、核反核力、核反应方程方程. .7.7.
2、光光电效效应. .8.8.爱因斯坦光因斯坦光电效效应方程方程. .动量守恒定律、光量守恒定律、光电效效应、玻、玻尔尔理理论、质能方程和核反能方程和核反应方程是命方程是命题的的热点点. .20162016年高考年高考对光光电效效应、氢原子的原子的能能级及其及其跃迁的考迁的考查以以选择题形式形式命命题的可能性的可能性较大大, ,对动量守恒定量守恒定律、核反律、核反应方程及核能的方程及核能的计算的考算的考查以以计算算题形式命形式命题的可能性很大的可能性很大. .方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨一、光电效应一、光电效应1.1.掌握两条线索掌握两条线索, ,明确各概念间的对应关系明确各概念间的对应关系2
3、.E2.Ek k-曲线曲线( (如图如图) )的应用的应用(1)(1)截止频率截止频率( (或极限频率或极限频率):):图线与图线与轴交点的横坐标轴交点的横坐标c c. .(2)(2)逸出功逸出功: :图线与图线与E Ek k轴交点的纵坐标绝对值轴交点的纵坐标绝对值W W0 0=E.=E.(3)(3)普朗克常量普朗克常量: :图线的斜率图线的斜率k=h.k=h.二、能级跃迁二、能级跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时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吸收或辐射光子的能量为hh=|E=|E初初-E-E末末|.|.锁定考点锁定考点高效突破高效突破考点一考点一氢原子能级跃迁
4、、光电效应氢原子能级跃迁、光电效应典例典例 ( (单选单选) )如图所示为氢原子的能级图如图所示为氢原子的能级图. .现有大量处于现有大量处于n=3n=3激发态的激发态的氢原子向低能级跃迁氢原子向低能级跃迁. .下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.这些氢原子总共可辐射出四种不同频率的光这些氢原子总共可辐射出四种不同频率的光B.B.氢原子由氢原子由n=3n=3跃迁到跃迁到n=2n=2产生的光频率最大产生的光频率最大C.C.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为为10.2 eV10.2 eVD.D.氢原子由氢原子由n=3n=3跃迁到跃迁到n=
5、1n=1产生的光照射逸出功产生的光照射逸出功为为6.34 eV6.34 eV的金属铂能发生光电效应的金属铂能发生光电效应思路探究思路探究 (1) (1)大量处于大量处于n n激发态的氢原子激发态的氢原子, ,可辐射出的光谱线条数如何计可辐射出的光谱线条数如何计算算? ?(2)(2)辐射出的光子的能量辐射出的光子的能量( (或频率或频率) )由何决定由何决定. .答案答案: :由氢原子跃迁的两能级决定由氢原子跃迁的两能级决定,h=E,h=Em m-E-En n. .(3)(3)能发生光电效应的条件是什么能发生光电效应的条件是什么? ?答案答案: :入射光的频率大于或等于相应金属的极限频率入射光的
6、频率大于或等于相应金属的极限频率, ,即入射光的能量大于即入射光的能量大于或等于该金属的逸出功或等于该金属的逸出功. .解析解析: :大量处于大量处于n=3n=3激发态的氢原子向低能级跃迁激发态的氢原子向低能级跃迁, ,总共可辐射出三种不同总共可辐射出三种不同频率的光频率的光, ,氢原子由氢原子由n=3n=3跃迁到跃迁到n=2n=2产生的光频率最小产生的光频率最小, ,跃迁到跃迁到n=1n=1产生的光产生的光频率最大频率最大, ,波长最短波长最短, ,选项选项A,EA,E正确正确,B,B错误错误; ;当从当从n=3n=3能级跃迁到能级跃迁到n=1n=1能级能级时辐射出光子能量最大时辐射出光子能
7、量最大, ,这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为(-1.51 eV)-(-13.6 eV)=12.09 eV,(-1.51 eV)-(-13.6 eV)=12.09 eV,照射逸出功为照射逸出功为6.34 eV6.34 eV的金属铂能发生的金属铂能发生光电效应光电效应, ,选项选项C C错误错误,D,D正确正确. .答案答案: :D D(2)(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(h=E(h=Em m-E-En n) )时时, ,光子才被吸收光子才被吸收. .(3)(3)入射光子能量大于电离能入射光子能量大于电离能
8、(h=E(h=E-E-En n) )时时, ,光子一定能被原子吸收并使光子一定能被原子吸收并使之电离之电离, ,剩余能量为自由电子的动能剩余能量为自由电子的动能. .题组训练题组训练1.1.对玻尔原子结构模型的理解对玻尔原子结构模型的理解(2015(2015甘肃省兰州市实战考试甘肃省兰州市实战考试) )关于玻尔的原子结构模型下列说法中不正关于玻尔的原子结构模型下列说法中不正确的是确的是( ( ) )A.A.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域B.B.原子中的电子绕原子核做圆周运动时原子中的电子绕原子核做圆周运动时, ,原子一定辐射能量
9、原子一定辐射能量C.C.原子中的电子从一个可能轨道跃迁到另一个可能轨道时原子中的电子从一个可能轨道跃迁到另一个可能轨道时, ,原子会辐射或原子会辐射或者吸收能量者吸收能量D.D.原子中的电子只能在特定的轨道上运动原子中的电子只能在特定的轨道上运动B B2.2.氢原子的能级跃迁氢原子的能级跃迁(2015(2015浙大附中全真模拟浙大附中全真模拟)()(单选单选) )氢原子从能级氢原子从能级m m跃迁到能级跃迁到能级n n时辐射红光时辐射红光的频率为的频率为1 1, ,从能级从能级n n跃迁到能级跃迁到能级k k时吸收紫光的频率为时吸收紫光的频率为2 2, ,已知普朗克常已知普朗克常量为量为h,h
10、,若氢原子从能级若氢原子从能级k k跃迁到能级跃迁到能级m,m,则则( ( ) )A.A.吸收光子的能量为吸收光子的能量为hh1 1+h+h2 2B.B.辐射光子的能量为辐射光子的能量为hh1 1+h+h2 2C.C.吸收光子的能量为吸收光子的能量为hh2 2-h-h1 1D.D.辐射光子的能量为辐射光子的能量为hh2 2-h-h1 1D D3.3.对光电效应的理解对光电效应的理解(2015(2015浙江仿真模拟浙江仿真模拟)()(单选单选) )如图所示是光电管的原理图如图所示是光电管的原理图, ,已知当有波长为已知当有波长为0 0的光照射到阴极的光照射到阴极K K上时上时, ,电路中有光电流
11、电路中有光电流, ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) )A.A.换用波长为换用波长为1 1(1 10 0) )的光照射阴极的光照射阴极K,K,电路中一电路中一定没有光电流定没有光电流B.B.换用波长为换用波长为2 2(2 20 0) )的光照射阴极的光照射阴极K K时时, ,由于频率变小由于频率变小, ,不一定发生光电效应不一定发生光电效应, ,电路中不一定有光电流电路中不一定有光电流, ,选项选项A A错误错误; ;换换用波长为用波长为2 2(2 20 0) )的光照射阴极的光照射阴极K K时时, ,频率变大频率变大, ,一定能发生光电效应一定能发生光电效应, ,电电路中一定有
12、光电流路中一定有光电流, ,选项选项B B正确正确; ;增加电路中电源的路端电压增加电路中电源的路端电压, ,当达到饱和电当达到饱和电流时流时, ,电流不再增大电流不再增大, ,选项选项C C错误错误; ;将电路中电源的极性反接将电路中电源的极性反接, ,光电子做减速运光电子做减速运动动, ,还可能到达阳极还可能到达阳极, ,所以还可能有光电流所以还可能有光电流, ,选项选项D D错误错误. .考点二考点二动量守恒定律的应用动量守恒定律的应用( (含实验含实验: :验证动量守恒定律验证动量守恒定律) )思路探究思路探究 (1) (1)如何求相撞后两车一起运动的速度如何求相撞后两车一起运动的速度
13、? ?(2)(2)两车相撞过程中系统的动量是否守恒两车相撞过程中系统的动量是否守恒? ?答案答案: :相撞过程时间很短相撞过程时间很短, ,内力远大于摩擦力内力远大于摩擦力, ,系统动量守恒系统动量守恒. .答案答案: :27 m/s27 m/s以例说法以例说法 动量守恒定律的解题步骤动量守恒定律的解题步骤题组训练题组训练1.1.动量守恒定律的理解动量守恒定律的理解(2015(2015福建理综福建理综) () (单选单选) )如图如图, ,两滑块两滑块A,BA,B在光滑水平面上沿同一直线相向在光滑水平面上沿同一直线相向运动运动, ,滑块滑块A A的质量为的质量为m,m,速度大小为速度大小为2v
14、2v0 0, ,方向向右方向向右, ,滑块滑块B B的质量为的质量为2m,2m,速度速度大小为大小为v v0 0, ,方向向左方向向左, ,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( ( ) )A.AA.A和和B B都向左运动都向左运动B.AB.A和和B B都向右运动都向右运动C.AC.A静止静止,B,B向右运动向右运动D.AD.A向左运动向左运动,B,B向右运动向右运动解析解析: : 由于由于A,BA,B碰前总动量为碰前总动量为0,0,由动量守恒可知碰后总动量也为由动量守恒可知碰后总动量也为0,0,因两因两滑块发生弹性碰撞滑块发生弹性碰撞, ,故碰后故碰后A,BA,B
15、一定反向一定反向, ,即即A A向左运动向左运动,B,B向右运动向右运动, ,选项选项D D正确正确. .D D2.2.能量守恒、动量守恒的综合应用能量守恒、动量守恒的综合应用(2015(2015上饶三模上饶三模) )如图所示如图所示, ,在光滑的水平面上在光滑的水平面上, ,质量为质量为2m2m的物体的物体A A以初速度以初速度v v0 0向右开始运动向右开始运动, ,质量为质量为m m的物体的物体B B静置在光滑水平面上静置在光滑水平面上, ,其左侧连接一轻质其左侧连接一轻质弹簧弹簧; ;当物体当物体A A压缩轻质弹簧至物体压缩轻质弹簧至物体A,BA,B刚好相对静止时刚好相对静止时, ,物
16、体物体B B碰在右侧竖碰在右侧竖直墙上直墙上, ,并与墙粘合并与墙粘合. .求轻质弹簧在整个过程中具有的最大弹性势能求轻质弹簧在整个过程中具有的最大弹性势能. .3.3.验证动量守恒定律验证动量守恒定律(2014(2014全国新课标理综全国新课标理综)现利用图现利用图(a)(a)所示的装置验证动量守恒定律所示的装置验证动量守恒定律. .在图在图(a)(a)中中, ,气垫导轨上有气垫导轨上有A,BA,B两个滑块两个滑块, ,滑块滑块A A右侧带有一弹簧片右侧带有一弹簧片, ,左侧与打点计左侧与打点计时器时器( (图中未画出图中未画出) )的纸带相连的纸带相连; ;滑块滑块B B左侧也带有一弹簧片
17、左侧也带有一弹簧片, ,上面固定一遮光上面固定一遮光片片, ,光电计时器光电计时器( (未完全画出未完全画出) )可以记录遮光片通过光电门的时间可以记录遮光片通过光电门的时间. .实验测得滑块实验测得滑块A A的质量的质量m m1 1=0.310 kg,=0.310 kg,滑块滑块B B的质量的质量m m2 2=0.108 kg,=0.108 kg,遮光片的宽遮光片的宽度度d=1.00 cm;d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率打点计时器所用交流电的频率f=50.0 Hz.f=50.0 Hz.将光电门固定在滑块将光电门固定在滑块B B的右侧的右侧, ,启动打点计时器启动打点计时器,
18、,给滑块给滑块A A一向右的初速度一向右的初速度, ,使使它与它与B B相碰相碰. .碰后光电计时器显示的时间为碰后光电计时器显示的时间为ttB B=3.500 ms,=3.500 ms,碰撞前后打出的碰撞前后打出的纸带如图纸带如图(b)(b)所示所示. .答案答案: :见解析见解析考点三考点三核反应方程与核能核反应方程与核能思路探究思路探究(1)(1)核反应方程应遵循什么规律核反应方程应遵循什么规律? ?答案答案: :质量数守恒和电荷数守恒质量数守恒和电荷数守恒. .(2)(2)质能方程中质量和能量的单位是如何对应的质能方程中质量和能量的单位是如何对应的? ?如何列方程如何列方程? ?答案答
19、案: :若若mm用用kgkg做单位做单位, ,则则EE用用J J做单位做单位, ,方程为方程为E=mcE=mc2 2,c,c为光速为光速. .若若mm用用u u做单位做单位, ,则则EE用用eVeV做单位做单位, ,方程为方程为E=m931.5 MeV.E=m931.5 MeV.答案答案: :(1)(1)见解析见解析(2)3.110(2)3.110-29-29 kg kg以例说法以例说法 衰变次数的确定及核能计算方法衰变次数的确定及核能计算方法(1)(1)衰变与衰变与衰变次数的确定方法衰变次数的确定方法因为因为衰变对质量数无影响衰变对质量数无影响, ,可先由质量数的改变确定可先由质量数的改变确
20、定衰变的次数衰变的次数, ,然后然后再根据衰变规律确定再根据衰变规律确定衰变的次数衰变的次数. .(2)(2)解决核反应方程与核能计算问题的方法解决核反应方程与核能计算问题的方法熟记常见的基本粒子的符号熟记常见的基本粒子的符号, ,如质子、中子、如质子、中子、粒子等粒子等. .掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律. .进行核能计算时注意单位的对应进行核能计算时注意单位的对应, ,若若mm用用kgkg做单位做单位, ,则则EE用用J J做单位做单位; ;若若mm用用u u做单位做单位, ,则则EE用用eVeV做单位做单位, ,且且1 u1 u对应对应931.5 MeV.931.5 MeV.题组训练题组训练A AB B答案答案: :正电子正电子5656天天
