1、优质文档优质文档专题十（选修 3-5） 碰撞与动量守恒 近代物理初步【核心要点突破】知识链接一、动量、冲量、动量守恒定律1、动量 P=mv 方向与速度方向相同2、冲量 I= Ft方向与恒力方向一致3、动量守恒定律的三种表达方式（1）PP（2）p 1=p 2（3）m 1vlm 2v2m 1v/lm 2v/2二、波尔理论1、 氢原子能级与轨道半径（1）能级公式： )6.13(12eVEn（2）半径公式： 5.0Ar（3）跃迁定则： 终初h三、光电效应及其方程1、光电效应规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度(数目)无
2、关，只随着入射光的频率增大而增大(3)当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比(4)从光照射到产生光电流的时间不超过 109s，几乎是瞬时的2、光电效应方程（1）爱因斯坦光电效应方程： Ek=h W(Ek是光电子的最大初动能； W 是逸出功：即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也称电离能 )（2）极限频率：优质文档优质文档深化整合一、动量守恒的条件及守恒定律的理解1、动量守恒定律的适用条件（1）标准条件：系统不受外力或系统所受外力之和为零（2）近似条件：系统所受外力之和虽不为零，但比系统的内力小得多(如碰撞问题中的摩擦力、爆炸问题中的重力等
3、外力与相互作用的内力相比小得多)，可以忽略不计（3）分量条件：系统所受外力之和虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统总动2、对守恒定律的理解(1)矢量性：对于作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题，应选取统一的正方向，凡是与选取的正方向一致的动量为正，相反为负(2)瞬时性：动量是一个瞬时量，动量守恒指的是系统任一瞬时的动量恒定，列方程m1v1 m2v2 m1v1 m2v2时，等号左侧是作用前(或某一时刻)各物体的动量和，等号右侧是作用后(或另一时刻)各物体的动量和，不同时刻的动量不能相加(3)相对性：由于动量的大小与参考系的选取有关，因此应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度
4、必须是相对同一惯性系的速度一般以地面为参考系(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【典例训练 1】 （2009全国高考）质量为 M 的物块以速度 v 运动，与质量为 m 的静止物块发生正碰，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比 M/m 可能为（ ）A.2 B.3 C.4 D.5【解析】选 A、B.根据动量守恒和能量守恒，设碰撞后两者的动量都为 p，则总动量为 2p，根据 p2=2mEk，以及能量的关系得 ，所以 A、B 正确二、碰撞的分类及解决办法1 碰撞的分类分类标准 种类 特点弹性碰撞 动量守恒
5、，机械能守恒能量是否守恒网 非完全弹性碰撞 动量守恒，机械能有损失优质文档优质文档完全非弹性碰撞 动量守恒，机械能损失最大对心碰撞(正碰) 碰撞前后速度共线 碰撞前后动量是否 共线 非对心碰撞(斜碰) 碰撞前后速度不共线2、碰撞过程的三个基本原则（1）动量守恒。（2）动能不增加。（3）碰撞后各物体运动状态的合理性。【典例训练 2】 （2010福建理综T29） （2）如图所示，一个木箱原来静止在光滑水平面上，木箱内粗糙的底板上放着一个小木块。木箱和小木块都具有一定的质量。现使木箱获得一个向右的初速度 0v，则 。 （填选项前的字母）A 小木块和木箱最终都将静止B 小木块最终将相对木箱静止，二者一
6、起向右运动C 小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞，而木箱一直向右运动D 如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止，则二者将一起向左运动【命题立意】本题以木箱与小木块相互作用为背景，考查动量守恒定律【思路点拨】明确木箱与小木块之间的相互作用，小木块最终将相对木箱静止。【规范解答】选 B。因系统受合外力为零，根据系统动量守恒可 知最终两个物体以相同的速度一起向右运动，故 B 正确。三、对氢原子能级图的理解1、 能级图,如图 1 所示.2、理解优质文档优质文档（1）原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足 h =E 末 -E初 时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级 E
7、初 向高能级 E 末 跃迁,而当光子能量 h 大于或小于 E 末 -E 初 时都不能被原子吸收.（2）原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差.（3）原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差,或者是吸收能量大于或等于其电离能,使电子成为自由电子;所以当原子吸收光子时,由于光子不可分,故其必须选择能量满足上述原则的光子;当原子吸收实物粒子(如电子)的能量时,原子可以根据“需要”吸收其中的一部分能量,也即吸收实物粒子的能量没有条件限制.3、 原子跃迁发出的光谱线条数 ,是一群氢原子,而不是一个,因为某一个氢原子有固定的跃迁路
8、径.【典例训练 3】（2010新课标全国卷T 34） （5 分）用频率为 0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 1、 2、 3的三条谱线，且 3 2 1，则_。 （填入正确选项前的字母）A. 0 1 B. 3= 2+ 1 C. 0= 1+ 2+ 3 D. 321【命题立意】本题以氢原子受激跃迁辐射光立意命题，考查考生根据氢原子能级图求出辐射的光的频率和光谱条数。【思路点拨】解答本题可按以下思路分析：【规范解答】选 B。大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明氢原子受激跃迁到 n=3的激发态，然后从 n=3 能级向低能级跃迁产生三个频率的光谱，根据能量守恒有：
9、1230hh，解得： 1230，故选项 B 正确。四、核反应的类型、核能的计算画氢原子能级图 确定可能跃迁根据光谱线条数确定氢原子受激态优质文档优质文档2.核能的计算(1)核反应中放出的能量称为核能.(2)质量亏损：在核反应中，反应前所有核及粒子的质量之和与反应后新核及粒子的质量之和的差叫质量亏损.(3)爱因斯坦质能方程：E=mc 2，其中 m 是物体的质量，c 是真空中的光速.质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大了，质量也增大；能量减小了，质量也减小.且核反应中释放的能量与质量亏损成正比,即 E=mc 2.【典例训练 4】（2010广东理综T18）关于核衰变和核
10、反应的类型，下列表述正确的有A HeThU4239028是 衰变 B HOeN1784217是 衰变 优质文档优质文档C nHe1042312是轻核聚变 D eKrSe0182364是重核裂变 【命题立意】本题主要考查核反应方程。【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：【规范解答】选 AC。B 选项错误，这是卢瑟福发现质子的核反应；D 选项错误，这是 衰变。AC 选项正确。五、光电效应的理解1、 光电子：在光电效应中发射出的电子。形成的电流叫光电流。2、 【典例训练 5】 （2010四川理综T18）用波长为 72.01m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是 4.7 190J。由
11、此可知，钨的极限频率是（普朗克常量h=6.63 3410Js） ，光速 c=3.0 8/s，结果取两位有效数字）wA5.5 Hz .7.9 14Hz C . 9.8 14Hz D .1.2 150Hz【命题立意】考查爱因斯坦光电效应方程以及光速、波长、频率间的关系.【思路点拨】解答本题时,可参照以下解题步骤:四种核反应的类型衰变、轻核的聚变、重核的裂变、原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应查得威克发现中子的核反应关键点(1) 极限频率对应逸出功 ，光子能量 ，Wh0ch(2) 根据电效应方程，就可求出极限频率.优质文档优质文档【规范解答】选 B，根据光电效应方程 WhEkm，在恰好发生光电效
12、应时最大初动能为 0，有 Wh0，且 c，化简得140 08hEchkmkHzw_w，故正确【高考真题探究】1.（2010北京理综T20）如图，若轴表示时间，轴表示位置，则该图像反映了某质点做匀速直线运动时，位置与时间的关系。若令轴和轴分别表示其他的物理量，则该图像又可以反映在某种情况下，相应的物理量之间的关系。下列说法中正确的是若轴表示时间，轴表示动能，则该图像可以反映某物体受恒定合外力作用做直线运动过程中， 物体动能与时间的关系若轴表示频率，轴表示动能，则该图像可以反映光电效应中，光电子最大初动能与入射光频率之间的关系若轴表示时间，轴表示动量，则该图像可以反映某物体在沿运动方向的恒定合外力
13、作用下，物体动量与时间的关系若轴表示时间，轴表示感应电动势，则该图像可以反映静置于磁场中的某闭合回路，当磁感应强度随时间均匀增大时，闭合回路的感应电动势与时间的关系【命题立意】图像考查的角度及呈现方式均有创新，这些都体现了稳中有变、变中求新的命题思想。【思路点拨】找出纵轴表示的物理量与横轴表示的物理量之间的关系，从而做出判断。【规范解答】选 C，由 atv0、 mF、 21vEK可得20021tFtmEK，说明动能和时间的图像是抛物线，故 A 错误；根 据光电效应方程 Wh，说明动能和时间是线性关系，图象在 y 轴上的截距为负值，故 B 错误；根据动量定理 0Pt,则 0Ft,说明动量和时间是
14、线性关系，截距为初动量，故优质文档优质文档C 正确；根据法拉第电磁感应定律 tnE，当磁感应强度随时间均匀增大时，闭合回路的感应电动势是一个定值而不随时间变化，故 D 错误。2.（2010福建理综T29） （1） 4C测年法是利用 14衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标 t 表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻 C的质量， 0m为 t0 时 14C的质量。下面四幅图中能正确反映 14衰变规律的是 。 （填选项前的字母）【命题立意】本题以古生物进行年代测定为背景，考查原子核的衰变规律【思路点拨】明确衰变规律是指数函数【规范解答】选 C。由公式 tm)21(0并结合数学知识可知 C 答案
15、正确。3.（2010江苏物理卷T12） （12 分）(1)研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠 极板（阴极 K） ，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流。下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 akU的关系图象中，正确的是 .（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大、 “减小”或“不变”)， 原因是_。（3）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.4eV 和-1.51eV， 金属钠的截止频率为 145.0Hz, 普朗克常量 h= 346.10Js.请
16、通过计算判断，氢原子从第二激发态优质文档优质文档跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。【规范解答】 （1）选 C 由爱因斯坦光电效应方程 WhEk和动能定理kCEeU0。可得Wh，遏止电压 UC与入射光的频率在关，与光强无关。由发生光电效应规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强。所以选项 C 正确。本题考查光电效应规律。（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功） 。所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。（3）氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中，
17、放出的光子能量为 32E，带入数据的 1.89eEV，金属钠的逸出功 0Whv，带入数据得 .2eV，因为 0W，所以不能发生光电效应。【答案】 （1）C。 （2）减小，光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功） 。 （3）不能发生光电效应。4.（2010山东理综T38） （8 分） （1）大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：189eV,102eV,1209eV。跃迁发生前这些原子分布在_个激发态能级上，其中最高能级的能量值是_eV（基态能量为-136eV） 。（2）如图所示，滑块 A、C 质量均为 m，滑块 B 质
18、量为 32m。开始时 A、B 分别以 12v、 的速度沿光滑水平轨道向固定在右侧的挡板运动，现将 C 无初速地放在 A 上，并与 A 粘合不再分开，此时 A 与 B 相距较近，B 与挡板相距足够远。若 B 与挡板碰撞将以原速率反弹，A 与 B碰撞将粘合在一起。为使 B 能与挡板碰撞两次， 12v、 应满足什么关系？【命题立意】主要考查能级、能级跃迁、玻尔原子模型、碰撞、动量守恒定律、运动学关系等知识点。优质文档优质文档【思路点拨】解答本题（1）时可按以下思路分析：解答本题（2）时可按以下思路分析：【规范解答】 （1）由于大量氢原子在处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，可知氢原
19、子处于最高能级是 n=3，跃迁发生前这些原子分布在 2 个激发态能级上；其中最高能级的能量值是 E3=-1.51。（2）设向右为正方向，A 与 C 粘合在一起的共同速度为 v，由动量守恒定律得 vm21 为保证 B 碰挡板前 A 未能追上 B，应满足 2v 设 A、B 碰后的共同速度为 v，由动量守恒定律得 vmv273 为能使 B 能与挡板再次相碰应满足 0 联立式解得 2125.v或 1213v【答案】 （1）2；-1.51。 （2） 212.或 121v。5.（2010天津理综T2）下列关于原子和原子核的说法正确的是A 衰变现象说明电子是原子核的组成部分B玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固【命题立意】本题以基础知识立意，主要考查学生对玻尔理论，核反应的实质，半衰期，结合能等知识的掌握情况。【思路点拨】解题时注意正确理解核反应的实质，影响半衰期的因素等。【规范解答】选 B. 衰变的实质是将原子核中的一个中子变成一个质子和一个电子，原子核是由中子和质子组成，内部没有电子，B 错误；玻尔理论的基本假设说明电子在不同轨道氢原子能级图模型 求能级差 与题给信息对照C 与 A碰AC 一起与 B 碰一次 B 与墙碰两次
