專題9碰撞與動量守恒-近代物理初步

1、專題九 碰撞與動量守恒 近代物理初步1.1.動量守恒定律：動量守恒定律：(1)(1)動量守恒的條件。動量守恒的條件。系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受外力系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受外力_。_遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于_。系統(tǒng)某一方向系統(tǒng)某一方向_，或外力，或外力遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于_，則系統(tǒng)在，則系統(tǒng)在_動量守恒。動量守恒。之和為零之和為零系統(tǒng)所受的外力之和系統(tǒng)所受的外力之和內(nèi)力內(nèi)力不受外力或所受外力的矢量和為零不受外力或所受外力的矢量和為零內(nèi)力內(nèi)力該方向該方向(2)(2)三種表達(dá)形式。三種表達(dá)形式。p p_。m m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2=_=_。pp1 1_。ppm m1 1v v1 1+m+m2 2v

2、 v2 2pp2 22.2.氫原子能級：氫原子能級：(1)(1)能級圖如圖所示。能級圖如圖所示。(2)(2)躍遷分析。躍遷分析。自發(fā)躍遷：高能級自發(fā)躍遷：高能級低能級。低能級。_能量，發(fā)出能量為能量，發(fā)出能量為_的光子，且的光子，且hh_。受激躍遷：低能級受激躍遷：低能級高能級，高能級，_能量。能量。a.a.光照光照( (吸收光子吸收光子) )：光子的能量等于能級差：光子的能量等于能級差hh=_=_。b.b.碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可。碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可。E E外外_。c.c.大于電離能的光子可被吸收將原子大于電離能的光子可被吸收將原子_

3、。一群氫原子處于量子數(shù)為一群氫原子處于量子數(shù)為n n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)：線條數(shù)：N= N= 。釋放釋放hhE Em m-E-En n吸收吸收EEEE電離電離2nC3.3.原子核的衰變：原子核的衰變：衰變類型衰變類型衰變衰變衰變衰變衰變方程衰變方程 衰變實質(zhì)衰變實質(zhì)_個質(zhì)子和個質(zhì)子和_個中子個中子結(jié)合成一個整體射出結(jié)合成一個整體射出1 1個中子轉(zhuǎn)化為個中子轉(zhuǎn)化為_和和_衰變規(guī)律衰變規(guī)律_守恒、守恒、_守恒守恒A 4AZZ 2XY _42He_AAZZ1XY 01e2 22 21 1個質(zhì)個質(zhì)子子1 1個電子個電子_11102 H2 n _1101nH 4

4、2He01e電荷數(shù)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)4.4.光電效應(yīng)及其方程：光電效應(yīng)及其方程：(1)(1)光電效應(yīng)的規(guī)律。光電效應(yīng)的規(guī)律。入射光的頻率必須入射光的頻率必須_。光電子的最大初動能與光電子的最大初動能與_無關(guān)，只隨無關(guān)，只隨_而增大。而增大。入射光照射到金屬板上時，光電子的發(fā)射幾乎是入射光照射到金屬板上時，光電子的發(fā)射幾乎是_的，的，一般不大于一般不大于1010-9-9 s s。當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的_成正比。成正比。大于或等于金屬的極限頻率大于或等于金屬的極限頻率入射光的強度入射光的強度入射光的入射光的頻率增大頻

5、率增大瞬時瞬時強度強度(2)(2)光電效應(yīng)方程。光電效應(yīng)方程。表達(dá)式表達(dá)式:h:h=_=_或或E Ek k=_=_。物理意義物理意義: :金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hh, ,這這些能量的一部分用來克服金屬的些能量的一部分用來克服金屬的_,_,剩下的表現(xiàn)為逸出剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的后電子的 。h-Wh-W0 0E Ek k+W+W0 0逸出功逸出功W W0 02ke1Em v2最大初動能最大初動能1.(20131.(2013新課標(biāo)全國卷新課標(biāo)全國卷)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是確的是( )( )A.A.原子核的

6、結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量量B.B.一重原子核衰變成一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C.C.銫原子核銫原子核( )( )的結(jié)合能小于鉛原子核的結(jié)合能小于鉛原子核( )( )的結(jié)合能的結(jié)合能D.D.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定. .自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能13355Cs20882Pb【解析

7、【解析】選選A A、B B、C C。結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，。結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，選項選項A A正確；一重原子核衰變成正確；一重原子核衰變成粒子和另一原子核，存在質(zhì)粒子和另一原子核，存在質(zhì)量虧損，核子比結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于量虧損，核子比結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項原來重核的結(jié)合能，選項B B正確；核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，正確；核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，選項選項C C正確；比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能，比結(jié)合能越大，分開正確；比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能，比結(jié)合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，選項核子所需的能量越大，原

8、子核越穩(wěn)定，選項D D錯誤；自由核子錯誤；自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項能，選項E E錯誤。錯誤。2.(20132.(2013新課標(biāo)全國卷新課標(biāo)全國卷)一質(zhì)子束入射到靜止靶核一質(zhì)子束入射到靜止靶核 上，上，產(chǎn)生如下核反應(yīng)：產(chǎn)生如下核反應(yīng)：式中式中p p代表質(zhì)子，代表質(zhì)子，n n代表中子，代表中子，X X代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核。由反代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核。由反應(yīng)式可知，新核應(yīng)式可知，新核X X的質(zhì)子數(shù)為的質(zhì)子數(shù)為_，中子數(shù)為，中子數(shù)為_?！窘馕觥窘馕觥扛鶕?jù)核反應(yīng)前、后電荷數(shù)守恒確定新核根據(jù)核反應(yīng)前、后電荷數(shù)

9、守恒確定新核X X的質(zhì)子數(shù)為的質(zhì)子數(shù)為1414，質(zhì)量數(shù)為，質(zhì)量數(shù)為2727。再根據(jù)。再根據(jù)“質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)= =質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)+ +中子數(shù)中子數(shù)”，由新，由新核核X X的質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)即可得：中子數(shù)的質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)即可得：中子數(shù)=27-14=13=27-14=13，故新核，故新核X X的的中子數(shù)為中子數(shù)為1313。答案：答案：14 1314 132713pAlXn2713Al3.(20133.(2013山東高考山東高考) )恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到10108 8 K K時，可以發(fā)生時，可以發(fā)生“氦燃燒氦

10、燃燒”。(1)(1)完成完成“氦燃燒氦燃燒”的核反應(yīng)方程：的核反應(yīng)方程：(2) (2) 是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.62.61010-16-16s s。一定。一定質(zhì)量的質(zhì)量的 經(jīng)經(jīng)7.87.81010-16-16s s后所剩后所剩 占開始時的占開始時的_。4824He_Be 。84Be84Be，84Be【解析【解析】(1)(1)根據(jù)核反應(yīng)方程和電荷守恒定律可知，根據(jù)核反應(yīng)方程和電荷守恒定律可知，(2) (2) 的半衰期為的半衰期為2.62.610101616s s，經(jīng)過，經(jīng)過7.87.810101616s s后，也就后，也就是經(jīng)過是經(jīng)過3 3個半衰期后剩余的

11、質(zhì)量為個半衰期后剩余的質(zhì)量為 所剩所剩占開始時的占開始時的答案：答案：(1) (2) (1) (2) 或或12.512.5448224HeHeBe 。84Ben311m( ) m( ) m22 ，84Be42He1818。4.(20124.(2012新課標(biāo)全國卷新課標(biāo)全國卷) )氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為巨大的能量，該反應(yīng)方程為 式中式中x x是某種是某種粒子。已知粒子。已知: : 和粒子和粒子x x的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為 2.014 1 u2.014 1 u、3.016 1 u3.016 1 u、4.002 6 u4.002 6

12、 u和和1.008 7 u;1 u= c1.008 7 u;1 u= c是真空是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知, ,粒子粒子x x是是_,_,該反該反應(yīng)釋放出的能量為應(yīng)釋放出的能量為_MeV_MeV( (結(jié)果保留結(jié)果保留3 3位有效數(shù)字位有效數(shù)字) )。423112HHHex ，234112H H He、 、2931.5 MeVc，【解析【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x x是是 ( (中子中子) )。核反。核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為應(yīng)中的質(zhì)量虧損為mm=2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7

13、u=0.018 9 u=2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.018 9 u所以該反應(yīng)釋放出的能量為所以該反應(yīng)釋放出的能量為E=mE=mc c2 2=17.6 MeV=17.6 MeV答案：答案： ( (或中子或中子) 17.6) 17.610n10n5.(20135.(2013海南高考海南高考) )如圖，光滑水平地面上有三個物塊如圖，光滑水平地面上有三個物塊A A、 B B和和C C，它們具有相同的質(zhì)量，且位于同一直線上。開始時，三，它們具有相同的質(zhì)量，且位于同一直線上。開始時，三個物塊均靜止。先讓個物塊均靜止。先讓A A以一定速度與以一定速度與

14、B B碰撞，碰后它們粘在一起，碰撞，碰后它們粘在一起，然后又一起與然后又一起與C C碰撞并粘在一起。求前后兩次碰撞中損失的動碰撞并粘在一起。求前后兩次碰撞中損失的動能之比。能之比?！窘馕觥窘馕觥吭O(shè)三個物塊設(shè)三個物塊A A、B B和和C C的質(zhì)量均為的質(zhì)量均為m m，A A與與B B碰撞前碰撞前A A的速的速度為度為v,v,碰撞后的速度為碰撞后的速度為v v1 1，A A、B B與與C C碰撞后的共同速度為碰撞后的共同速度為v v2 2。由。由動量守恒定律得動量守恒定律得mvmv=2mv=2mv1 1mvmv=3mv=3mv2 2設(shè)第一次碰撞中的動能損失為設(shè)第一次碰撞中的動能損失為EE1 1，第

15、二次碰撞中的動能損失，第二次碰撞中的動能損失為為EE2 2，由能量守恒定律得，由能量守恒定律得聯(lián)立以上四式解得聯(lián)立以上四式解得E E1 1EE2 2=31=31答案：答案：3131221111mv(2m)vE222212211(2m)v(3m)v E226.(20136.(2013山東高考山東高考) )如圖所示，光滑水平軌道上放置長木板如圖所示，光滑水平軌道上放置長木板A(A(上表面粗糙上表面粗糙) )和滑塊和滑塊C C，滑塊，滑塊B B置于置于A A的左端，三者質(zhì)量分別的左端，三者質(zhì)量分別為為m mA A=2 kg=2 kg、m mB B=1 kg=1 kg、m mC C=2 kg=2 kg

16、。開始時。開始時C C靜止，靜止，A A、B B一起以一起以v v0 0=5 m/s=5 m/s的速度勻速向右運動，的速度勻速向右運動，A A與與C C發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞( (時間極短時間極短) )后后C C向右運動，經(jīng)過一段時間，向右運動，經(jīng)過一段時間，A A、B B再次達(dá)到共同速度一起向右再次達(dá)到共同速度一起向右運動，且恰好不再與運動，且恰好不再與C C碰撞。求碰撞。求A A與與C C發(fā)生碰撞后瞬間發(fā)生碰撞后瞬間A A的速度的速度大小。大小?！窘馕觥窘馕觥块L木板長木板A A與滑塊與滑塊C C處于光滑水平軌道上，兩者碰撞時間處于光滑水平軌道上，兩者碰撞時間極短，碰撞過程中滑塊極短，碰撞過程中滑

17、塊B B與長木板與長木板A A間的摩擦力可以忽略不計，間的摩擦力可以忽略不計，長木板長木板A A與滑塊與滑塊C C組成的系統(tǒng)，在碰撞過程中動量守恒，則組成的系統(tǒng)，在碰撞過程中動量守恒，則m mA Av v0 0=m=mA Av vA A+m+mC Cv vC C兩者碰撞后，長木板兩者碰撞后，長木板A A與滑塊與滑塊B B組成的系統(tǒng)，在兩者達(dá)到同速之組成的系統(tǒng)，在兩者達(dá)到同速之前系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，前系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，m mA Av vA A+m+mB Bv v0 0=(m=(mA A+m+mB B)v)v長木板長木板A A和滑塊和滑塊B B達(dá)到共同速度后，恰好不再

18、與滑塊達(dá)到共同速度后，恰好不再與滑塊C C碰撞，則碰撞，則最后三者速度相等，最后三者速度相等，v vC C=v=v聯(lián)立以上各式，代入數(shù)值解得：聯(lián)立以上各式，代入數(shù)值解得：v vA A=2 m/s=2 m/s答案：答案：2 m/s2 m/s7.(20137.(2013新課標(biāo)全國卷新課標(biāo)全國卷)在粗糙的水平桌面上有兩個靜止的在粗糙的水平桌面上有兩個靜止的木塊木塊A A和和B B，兩者相距為，兩者相距為d d。現(xiàn)給?，F(xiàn)給A A一初速度，使一初速度，使A A與與B B發(fā)生彈性正發(fā)生彈性正碰，碰撞時間極短。當(dāng)兩木塊都停止運動后，相距仍然為碰，碰撞時間極短。當(dāng)兩木塊都停止運動后，相距仍然為d d。已知兩木

19、塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)均為已知兩木塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)均為，B B的質(zhì)量為的質(zhì)量為A A的的2 2倍，重力加速度大小為倍，重力加速度大小為g g。求。求A A的初速度的大小。的初速度的大小?！窘馕觥窘馕觥吭O(shè)在發(fā)生碰撞前的瞬間，木塊設(shè)在發(fā)生碰撞前的瞬間，木塊A A的速度大小為的速度大小為v v；在碰；在碰撞后的瞬間，撞后的瞬間，A A和和B B的速度分別為的速度分別為v v1 1和和v v2 2。在碰撞過程中，由能。在碰撞過程中，由能量和動量守恒定律，得量和動量守恒定律，得 mvmv=mv=mv1 1+(2m)v+(2m)v2 2 式中，以碰撞前木塊式中，以碰撞前木塊A A的速度方向為正方

20、向。的速度方向為正方向。由由式得式得 22212111mvmv2m v22221vv2 設(shè)碰撞后設(shè)碰撞后A A和和B B運動的距離分別為運動的距離分別為d d1 1和和d d2 2, ,由動能定理得由動能定理得mgdmgd1 1= = (2m)gd(2m)gd2 2= = 按題意有按題意有d=dd=d1 1+d+d2 2 設(shè)設(shè)A A的初速度大小為的初速度大小為v v0 0，由動能定理得，由動能定理得 聯(lián)立聯(lián)立至至式，得式，得 答案：答案：211mv22212m v222011mgdmvmv22028vgd528gd5熱點考向熱點考向1 1 動量守恒定律的應(yīng)用動量守恒定律的應(yīng)用【典例【典例1 1

21、】(2012(2012新課標(biāo)全國卷新課標(biāo)全國卷) )如圖如圖, ,小球小球a a、b b用等長細(xì)線懸用等長細(xì)線懸掛于同一固定點掛于同一固定點O,O,讓球讓球a a靜止下垂靜止下垂, ,將球?qū)⑶騜 b向右拉起向右拉起, ,使細(xì)線水平。使細(xì)線水平。從靜止釋放球從靜止釋放球b,b,兩球碰后粘在一起向左擺動兩球碰后粘在一起向左擺動, ,此后細(xì)線與豎直此后細(xì)線與豎直方向之間的最大偏角為方向之間的最大偏角為6060。忽略空氣阻力。忽略空氣阻力, ,求求: :(1)(1)兩球兩球a a、b b的質(zhì)量之比的質(zhì)量之比; ;(2)(2)兩球在碰撞過程中損失的機械能與球兩球在碰撞過程中損失的機械能與球b b在碰前的

22、最大動能之在碰前的最大動能之比。比?！窘忸}探究【解題探究】(1)b(1)b球由釋放到運動至最低點的過程中，遵守球由釋放到運動至最低點的過程中，遵守_。(2)b(2)b球與球與a a球相碰時遵守球相碰時遵守_。(3)(3)兩球在碰撞過程中機械能是否守恒？兩球在碰撞過程中機械能是否守恒？提示：提示：兩球在碰撞過程中機械能不守恒，損失的機械能轉(zhuǎn)化為兩球在碰撞過程中機械能不守恒，損失的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能。機械能守恒定律機械能守恒定律動量守恒定律動量守恒定律【解析【解析】(1)(1)設(shè)小球設(shè)小球a a、b b質(zhì)量分別為質(zhì)量分別為m m1 1、m m2 2，細(xì)線長為，細(xì)線長為L L，b b球球擺至最低

23、點與擺至最低點與a a球碰撞前的速度為球碰撞前的速度為v v0 0，碰撞后的速度為，碰撞后的速度為v v，則對，則對b b球擺至最低點球擺至最低點, ,由機械能守恒定律得由機械能守恒定律得 最低點小球最低點小球a a、b b碰撞，由動量守恒定律得碰撞，由動量守恒定律得m m2 2v v0 0=(m=(m1 1+m+m2 2)v )v 小球小球a a、b b一起擺至最高點，由機械能守恒定律得一起擺至最高點，由機械能守恒定律得 22201m gLm v2212121mmvmmgL 1 cos2聯(lián)立式得聯(lián)立式得 并代入題給數(shù)據(jù)得并代入題給數(shù)據(jù)得 (2)(2)兩球在碰撞過程中損失的機械能是兩球在碰撞過

24、程中損失的機械能是Q=mQ=m2 2gL-(mgL-(m1 1+m+m2 2)gL(1-cos) )gL(1-cos) 聯(lián)立式，聯(lián)立式，Q Q與碰前球與碰前球b b的最大動能的最大動能E Ek k=m=m2 2gLgL之比為之比為 12m11m1 cos12m21m12k2mmQ1(1 cos )Em 聯(lián)立聯(lián)立式，并代入數(shù)據(jù)得式，并代入數(shù)據(jù)得答案：答案：(1) (2)(1) (2)kQ21E2 21212【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】 應(yīng)用動量守恒定律解題的步驟應(yīng)用動量守恒定律解題的步驟(1)(1)選取研究系統(tǒng)和研究過程。選取研究系統(tǒng)和研究過程。(2)(2)分析系統(tǒng)的受力情況，判斷系統(tǒng)動量是否守恒。

25、分析系統(tǒng)的受力情況，判斷系統(tǒng)動量是否守恒。(3)(3)規(guī)定正方向，確定系統(tǒng)的初、末狀態(tài)的動量的大小和方向。規(guī)定正方向，確定系統(tǒng)的初、末狀態(tài)的動量的大小和方向。(4)(4)根據(jù)動量守恒定律列方程求解。根據(jù)動量守恒定律列方程求解。(5)(5)對求解的結(jié)果加以分析、驗證和說明。對求解的結(jié)果加以分析、驗證和說明。【變式訓(xùn)練【變式訓(xùn)練】(2013(2013濱州二模濱州二模) )如圖所示，木塊質(zhì)量如圖所示，木塊質(zhì)量m=0.4 kgm=0.4 kg，它以速度它以速度v=20 m/sv=20 m/s水平地滑上一輛靜止的平板小車，已知小車水平地滑上一輛靜止的平板小車，已知小車質(zhì)量質(zhì)量M=1.6 kgM=1.6

26、kg，木塊與小車間的動摩擦因數(shù)為，木塊與小車間的動摩擦因數(shù)為=0.2=0.2，木塊沒，木塊沒有滑離小車，地面光滑，有滑離小車，地面光滑，g g取取10 m/s10 m/s2 2，求：，求：(1)(1)木塊相對小車靜止時小車的速度大??；木塊相對小車靜止時小車的速度大?。?2)(2)從木塊滑上小車到木塊相對于小車剛靜止時，小車移動的從木塊滑上小車到木塊相對于小車剛靜止時，小車移動的距離。距離?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)設(shè)木塊相對小車靜止時小車的速度為設(shè)木塊相對小車靜止時小車的速度為vv根據(jù)動量守恒定律有：根據(jù)動量守恒定律有：mv=(m+M)vmv=(m+M)v解得解得v=4 m/sv=4 m/s(

27、2)(2)對小車，根據(jù)動能定理有：對小車，根據(jù)動能定理有：mgmgs s= =解得解得s=16 ms=16 m答案：答案：(1)4 m/s(1)4 m/s (2)16 m (2)16 m21Mv02 熱點考向熱點考向2 2 氫原子能級結(jié)構(gòu)及原子躍遷氫原子能級結(jié)構(gòu)及原子躍遷【典例【典例2 2】(2013(2013貴陽二模貴陽二模) )如圖是氫原子的能級圖，對于一如圖是氫原子的能級圖，對于一群處于群處于n=4n=4的氫原子，下列說法中正確的是的氫原子，下列說法中正確的是( )( )A.A.這群氫原子能夠吸收任意能量的光子后向更高能級躍遷這群氫原子能夠吸收任意能量的光子后向更高能級躍遷B.B.這群氫

28、原子能夠發(fā)出這群氫原子能夠發(fā)出6 6種不同頻率的光種不同頻率的光C.C.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2 eV10.2 eVD.D.如果發(fā)出的光子中有兩種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，其中一如果發(fā)出的光子中有兩種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，其中一種一定是由種一定是由n=3n=3能級躍遷到能級躍遷到 n=1n=1能級發(fā)出的能級發(fā)出的E.E.從從n=4n=4能級躍遷到能級躍遷到n=3n=3能級發(fā)出的光的波長最長能級發(fā)出的光的波長最長【解題探究【解題探究】(1)(1)發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率必須發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率必須_金屬的金屬的極限頻率。極限

29、頻率。(2)(2)一群氫原子處于量子數(shù)為一群氫原子處于量子數(shù)為n n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)線條數(shù)N= N= 。(3)(3)處于處于n=4n=4的氫原子向低能級躍遷時，哪兩個能級間躍遷發(fā)出的氫原子向低能級躍遷時，哪兩個能級間躍遷發(fā)出的光子能量最大？哪兩個能級間躍遷發(fā)出的光子能量最??？的光子能量最大？哪兩個能級間躍遷發(fā)出的光子能量最?。刻崾荆禾崾荆涸佑筛吣芗壪虻湍芗壾S遷時，要釋放能量，且滿足原子由高能級向低能級躍遷時，要釋放能量，且滿足hhE Em mE En n。故由。故由n n4 4能級躍遷到能級躍遷到n n1 1能級產(chǎn)生的光子能量能級產(chǎn)生的光子能量最

30、大，由最大，由n n4 4能級躍遷到能級躍遷到n n3 3能級產(chǎn)生的光子能量最小。能級產(chǎn)生的光子能量最小。大于等于大于等于n(n1)2【解析【解析】選選B B、D D、E E。氫原子由低能級向高能級躍遷時只能吸。氫原子由低能級向高能級躍遷時只能吸收特定頻率的光子，選項收特定頻率的光子，選項A A錯誤；處于錯誤；處于n=4n=4激發(fā)態(tài)的大量氫原子激發(fā)態(tài)的大量氫原子躍遷時，最多發(fā)出的光子種數(shù)為躍遷時，最多發(fā)出的光子種數(shù)為 選項選項B B正確；這群氫原正確；這群氫原子發(fā)出的光子中，由子發(fā)出的光子中，由n n4 4能級躍遷到能級躍遷到n n1 1能級產(chǎn)生的光子能量能級產(chǎn)生的光子能量最大，能量最大為最大

31、，能量最大為12.75 eV12.75 eV，選項，選項C C錯誤；如果發(fā)出的光子中錯誤；如果發(fā)出的光子中有兩種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一定是由有兩種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一定是由n n4 4能級躍遷到能級躍遷到n=1n=1能級和由能級和由n=3n=3能級躍遷到能級躍遷到n=1n=1能級發(fā)出的，選項能級發(fā)出的，選項D D正確；由正確；由n n4 4能級躍遷到能級躍遷到n n3 3能級產(chǎn)生的光子能量最小，所以頻率最能級產(chǎn)生的光子能量最小，所以頻率最小，波長最長，選項小，波長最長，選項E E正確。正確。24C6,【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】 解決氫原子能級躍遷問題的四點技巧解決氫原子能級躍遷問題的四

32、點技巧(1)(1)原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。間的能量差。(2)(2)原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。的絕對值。(3)(3)一群原子和一個原子不同，它們的核外電子向基態(tài)躍遷時一群原子和一個原子不同，它們的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類發(fā)射光子的種類(4)(4)計算時應(yīng)注意：因一般取無窮遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各計算時應(yīng)注意：因一般取無窮遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各能級的能量值均為負(fù)值；能量單位能級的能量值均為負(fù)值；能量單位1 eV1 e

33、V1.61.610101919 J J。2nn n1NC2?！咀兪接?xùn)練【變式訓(xùn)練】(2013(2013鄭州二模鄭州二模) )下列說法正確的是下列說法正確的是( )( )A.A.衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的B.B.光電效應(yīng)和電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性光電效應(yīng)和電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性C.C.原子從原子從a a能級狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到b b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為能級狀態(tài)時發(fā)射波長為1 1的光的光子；原子從子；原子從b b能級狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到c c能級狀態(tài)時吸收波長為能級狀態(tài)時吸收波長為2 2的光的光子，已知子，已知1 12

34、 2。那么原子從。那么原子從a a能級狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到c c能級狀態(tài)時能級狀態(tài)時將要吸收波長將要吸收波長 的光子的光子D.D.粒子散射實驗說明了原子具有核式結(jié)構(gòu)粒子散射實驗說明了原子具有核式結(jié)構(gòu)1212 【解析【解析】選選C C、D D。衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，電子從原子核中釋放出來形成的，選項質(zhì)子和電子，電子從原子核中釋放出來形成的，選項A A錯誤；錯誤；光電效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動光電效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性，選項性，選項B B錯誤；根據(jù)原子從錯誤；根據(jù)原子從a a能級

35、狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到b b能級狀態(tài)時發(fā)能級狀態(tài)時發(fā)射波長為射波長為1 1的光子，原子從的光子，原子從b b能級狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到c c能級狀態(tài)時吸能級狀態(tài)時吸收波長為收波長為2 2的光子，則有：的光子，則有： 解得解得即原子從即原子從a a能級狀態(tài)躍遷到能級狀態(tài)躍遷到c c能級狀態(tài)時將要吸收波長能級狀態(tài)時將要吸收波長的光子，選項的光子，選項C C正確。正確。粒子散射實驗說明了原子具有核式結(jié)粒子散射實驗說明了原子具有核式結(jié)構(gòu)，選項構(gòu)，選項D D正確。正確。21hchchc，1212 ，1212 【變式備選【變式備選】(2013(2013長沙二模長沙二模) )下列說法正確的是下列說法正確

36、的是( )( )A.A.光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量B.B.玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的C.C.將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會改變放射性將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會改變放射性元素的半衰期元素的半衰期D.D.原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫作原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損E.E.普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說【解析【解析】選選A

37、 A、B B、E E。光子像其他粒子一樣，不但具有能量，。光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量，選項也具有動量，選項A A正確。玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子正確。玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的，選項化的，能量也是量子化的，選項B B正確。將由放射性元素組成正確。將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，不會改變放射性元素的半衰期，選項的化合物進(jìn)行高溫分解，不會改變放射性元素的半衰期，選項C C錯誤。原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)錯誤。原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損，選項象叫作質(zhì)量虧損，選項D D錯誤。普朗克在研究黑體輻

38、射問題時錯誤。普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說，選項提出了能量子假說，選項E E正確。正確。熱點考向熱點考向3 3 核反應(yīng)方程及核能的計算核反應(yīng)方程及核能的計算【典例【典例3 3】(2012(2012廣東高考廣東高考) )能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ), ,發(fā)展核能發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一是解決能源問題的途徑之一, ,下列釋放核能的反應(yīng)方程下列釋放核能的反應(yīng)方程, ,表述正表述正確的有確的有( )( )A. A. 是核聚變反應(yīng)是核聚變反應(yīng)B. B. 是是衰變衰變C. C. 是核裂變反應(yīng)是核裂變反應(yīng)D. D. 是是衰變衰變43211102HHHen 43211102H

39、HHen 235114489192056360UnBaKr3 n 235114094192054380UnXeSr2 n 【解題探究【解題探究】(1)(1)核反應(yīng)的四種類型分別為核反應(yīng)的四種類型分別為_。_。_。_。(2)(2)書寫核反應(yīng)方程時應(yīng)遵守的規(guī)律書寫核反應(yīng)方程時應(yīng)遵守的規(guī)律: :_。_。原子核的衰變原子核的衰變輕核的聚變輕核的聚變重核的裂變重核的裂變原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核的人工轉(zhuǎn)變質(zhì)量數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)守恒電荷數(shù)守恒【解析【解析】選選A A、C C。兩個輕核聚合成一個較重的核的反應(yīng)為核聚。兩個輕核聚合成一個較重的核的反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，故變反應(yīng)，故A A對對B B錯。重核被中子轟擊

40、后分裂成兩個中等質(zhì)量的錯。重核被中子轟擊后分裂成兩個中等質(zhì)量的原子核并放出若干個中子的反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，故原子核并放出若干個中子的反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，故C C對。原子對。原子核放出核放出或或粒子后變成另一種原子核的反應(yīng)稱為原子核的衰粒子后變成另一種原子核的反應(yīng)稱為原子核的衰變。原子核的衰變的反應(yīng)物只有一種，故變。原子核的衰變的反應(yīng)物只有一種，故D D錯。錯?！究偨Y(jié)提升】【總結(jié)提升】 解決核反應(yīng)方程及核能計算的方法解決核反應(yīng)方程及核能計算的方法(1)(1)掌握核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律；掌握核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律；(2)(2)掌握常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其

41、意義；掌握常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其意義；(3)(3)熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、粒子等；粒子等；(4)(4)進(jìn)行核能計算時注意單位的對應(yīng)，若進(jìn)行核能計算時注意單位的對應(yīng)，若mm用用kgkg作單位，則作單位，則EE用用J J作單位；若作單位；若mm用用u u作單位，則作單位，則EE用用eVeV作單位，且作單位，且1 u1 u對對應(yīng)應(yīng)931.5 MeV931.5 MeV。【變式訓(xùn)練【變式訓(xùn)練】(2013(2013濰坊一模濰坊一模) ) 核動力航母利用可控核裂變核動力航母利用可控核裂變釋放核能獲得動力。核反應(yīng)釋放核能獲得動力。核反應(yīng) 是若干

42、是若干核反應(yīng)的一種，其中核反應(yīng)的一種，其中X X為待求粒子，為待求粒子， y y為為X X的個數(shù)，則的個數(shù)，則X X是是_(_(選填選填“質(zhì)子質(zhì)子”“”“中子中子”或或“電子電子”) )， y y_。若反應(yīng)過程中釋放的核能為若反應(yīng)過程中釋放的核能為E E，光在真空中的傳播速度為，光在真空中的傳播速度為c c，則，則核反應(yīng)的質(zhì)量虧損表達(dá)式為核反應(yīng)的質(zhì)量虧損表達(dá)式為_?！窘馕觥窘馕觥扛鶕?jù)核反應(yīng)遵循的規(guī)律，根據(jù)核反應(yīng)遵循的規(guī)律，X X是中子，是中子，y=3y=3。由愛因斯坦。由愛因斯坦質(zhì)能方程質(zhì)能方程E=mcE=mc2 2，核反應(yīng)的質(zhì)量虧損表達(dá)式為，核反應(yīng)的質(zhì)量虧損表達(dá)式為答案：答案：中子中子 3

43、3 2351141929205636UnBaKryX2Emc。2Ec1.(1)1.(1)如圖為氫原子的能級圖，大量處于如圖為氫原子的能級圖，大量處于n=4n=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出多個能量不同的光子，其中頻率最大的光子能量為遷時，發(fā)出多個能量不同的光子，其中頻率最大的光子能量為_eV_eV，若用此光照射到逸出功為，若用此光照射到逸出功為2.75 eV2.75 eV 的光電管上，的光電管上，則加在該光電管上的遏止電壓為則加在該光電管上的遏止電壓為_V_V。(2)(2)靜止的鋰核靜止的鋰核 LiLi俘獲一個速度為俘獲一個速度為8.08.010106 6 m/s m/s的中子，

44、發(fā)的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核它的速度大小是它的速度大小是8.08.010106 6 m/s m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同。相同。完成此核反應(yīng)的方程式；完成此核反應(yīng)的方程式；求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小和方向；求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小和方向；通過計算說明此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損。通過計算說明此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損。42He，63【解析【解析】(1)(1)當(dāng)氫原子從當(dāng)氫原子從n=4n=4激發(fā)態(tài)的能級直接躍遷到第一能級激發(fā)態(tài)的能級直接躍遷到第一能級時

45、發(fā)出的光子能量最大，頻率最大，則由時發(fā)出的光子能量最大，頻率最大，則由hh=E=E4 4-E-E1 1，可求得可求得:h=12.75 eV:h=12.75 eV；根據(jù)根據(jù)(h-2.75 eV)-eU(h-2.75 eV)-eU=0=0，可得可得U=10 VU=10 V。(2)(2)核反應(yīng)方程式為核反應(yīng)方程式為46133012LinHeH 。用用v v1 1、v v2 2和和v v3 3分別表示中子分別表示中子 氦核氦核 和氚核和氚核 的速的速度，以中子的速度方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有：度，以中子的速度方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有：m m1 1v v1 1=m=m2 2v v2 2+m

46、+m3 3v v3 3, ,代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù), ,解得解得:v:v3 3=-8.0=-8.010106 6 m/s m/s即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為8.08.010106 6 m/s m/s，方向與反應(yīng)，方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反。前中子的速度方向相反。反應(yīng)前粒子的總動能為反應(yīng)前粒子的總動能為10( n)、42( He)31( H)12k111Em v2反應(yīng)后粒子的總動能為反應(yīng)后粒子的總動能為經(jīng)過計算可知經(jīng)過計算可知 故反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損。故反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損。答案答案: : (1)12.75 10 (2) (1)12.75 10 (2)見解析見解析2

47、22k223311Em vm v2221kkEE，2.(20132.(2013揚州二模揚州二模)(1)(1)下列與下列與粒子相關(guān)的說法中正確的是粒子相關(guān)的說法中正確的是 ( )( )A.A.天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線速度與光速相當(dāng)，穿透能力很射線速度與光速相當(dāng)，穿透能力很強強B. B. 核放出一個核放出一個粒子后就變成粒子后就變成C.C.高速高速粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，核反應(yīng)方程為粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，核反應(yīng)方程為D.D.丹麥物理學(xué)家玻爾進(jìn)行了丹麥物理學(xué)家玻爾進(jìn)行了粒子散射實驗并首先提出了原子粒子散射實驗并首先提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型的核式結(jié)構(gòu)模型23892

48、U(238)鈾23490Th(234)釷4141612780HeNOn(2)(2)光滑水平面上有兩個物塊光滑水平面上有兩個物塊A A、B B在同一直線上相向運動，在同一直線上相向運動，A A的的速度為速度為4 m/s4 m/s，質(zhì)量為，質(zhì)量為2 kg2 kg，B B的速度為的速度為2 m/s2 m/s，二者碰后粘在，二者碰后粘在一起沿一起沿A A原來的方向運動，且速度大小變?yōu)樵瓉淼姆较蜻\動，且速度大小變?yōu)? m/s1 m/s，求，求B B的質(zhì)量的質(zhì)量及這一過程產(chǎn)生的內(nèi)能。及這一過程產(chǎn)生的內(nèi)能?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)選選B B。射線是速度為射線是速度為0.1c0.1c的氦核流的氦核流, ,穿

49、透能力穿透能力弱弱,A,A錯誤錯誤; ;由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒可知由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒可知,B,B項正項正確確;C;C項中核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不守恒項中核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不守恒,C,C錯誤錯誤;D;D項中物理學(xué)家不項中物理學(xué)家不是玻爾而是盧瑟福是玻爾而是盧瑟福,D,D錯誤。錯誤。(2)(2)設(shè)設(shè)A A、B B兩物塊的質(zhì)量分別為兩物塊的質(zhì)量分別為m mA A、m mB B, ,碰前速度為碰前速度為v vA A、v vB B, ,碰后碰后共同速度為共同速度為v,v,以以A A物塊的運動方向為正向物塊的運動方向為正向, ,由碰撞過程動量守恒由碰撞過程動量守恒有有m mA Av

50、 vA A-m-mB Bv vB B=(m=(mA A+m+mB B)v)v解得解得m mB B=2kg=2kg碰撞過程產(chǎn)生的內(nèi)能為碰撞過程產(chǎn)生的內(nèi)能為解得解得Q=18 JQ=18 J。答案：答案：(1)B (2)2 kg 18 J(1)B (2)2 kg 18 J222kAABBAB111QEm vm vmmv222 3.(20133.(2013濰坊二模濰坊二模)(1)(1)原子核原子核A A發(fā)生發(fā)生衰變后變?yōu)樵雍怂プ兒笞優(yōu)樵雍嗽雍嗽雍薆 B發(fā)生發(fā)生衰變后變?yōu)樵雍怂プ兒笞優(yōu)樵雍?已知原子核已知原子核A A和原子核和原子核B B的中子數(shù)相同，則兩個生成核的中子數(shù)相同，則兩個生成核X

51、 X和和Y Y的中子數(shù)以及的中子數(shù)以及a a、b b、c c、d d的關(guān)系可能是的關(guān)系可能是( )( )A.XA.X的中子數(shù)比的中子數(shù)比Y Y少少1 1B.XB.X的中子數(shù)比的中子數(shù)比Y Y少少3 3C.C.如果如果a-d=2a-d=2，則，則b-cb-c=3=3D.D.如果如果a-d=2a-d=2，則，則b-cb-c=1=1dcY，abX，(2)(2)從某高處自由下落一塊質(zhì)量為從某高處自由下落一塊質(zhì)量為M M的物體，當(dāng)物體下落高度的物體，當(dāng)物體下落高度h h時，突然炸成兩塊，已知質(zhì)量為時，突然炸成兩塊，已知質(zhì)量為m m的一塊碎片恰好能返回到開的一塊碎片恰好能返回到開始下落的位置，求物體始下落

52、的位置，求物體M M剛炸裂時另一塊碎片的速度大小。剛炸裂時另一塊碎片的速度大小?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)選選A A、C C。由衰變方程得。由衰變方程得 且且d+1-c=a-b+2d+1-c=a-b+2，所以，所以d-cd-c=a-b+1=a-b+1，即，即Y Y的中子的中子數(shù)比數(shù)比X X多多1 1，選項，選項A A正確。由前式變形得正確。由前式變形得b-cb-c=a-d+1=a-d+1，若，若a-d=2a-d=2，則則b-cb-c=3=3，故選項，故選項C C正確。正確。(2)(2)由機械能守恒定律由機械能守恒定律 炸裂時，爆炸力遠(yuǎn)大于物體受到的重力，由動量守恒定律知：炸裂時，爆炸力遠(yuǎn)大于物體受到的重力，由動量守恒定律知：Mv=-mv+(M-m)vMv=-mv+(M-m)v解得解得答案：答案：(1)A(1)A、C (2)C (