動量守恒定律原子結構和原子核中?？嫉?個問題

第15講動量守恒定律、原子結構和原子核中常考的3個問題 考情報告 主要題型：填空、問答、計算難度檔次： 中 檔 難 度 ， 同 時 考 查 動 量 守 恒 與 碰 撞 、原 子 與 原 子 核 兩 部 分 內 容 或 “ 關 聯(lián) 性 綜合 ” 或 “ 拼 盤 式 組 合 ” 一 般 選 取 4個 考 點組 成 2個 小 題 ， 只 對 考 點 知 識 直 接 應 用 ， 只做 模 塊 內 綜 合 高考熱點 高考必備 名師助考 1 系 統(tǒng) 化 的 思 維 方 法 ， 就 是 根 據(jù) 眾 多 的已 知 要 素 、 事 實 ， 按 照 一 定 的 聯(lián) 系 方 式 ，將 其 各 部 分 連 接 成 整 體 的 方 法 (1)對 多 個 物 理 過 程 進 行 整 體 思 維 ， 即 把幾 個 過 程 合 為 一 個 過 程 來 處 理 如 用 動 量守 恒 定 律 解 決 比 較 復 雜 的 運 動 (2)對 多 個 研 究 對 象 進 行 整 體 思 維 ， 即 把兩 個 或 兩 個 以 上 的 獨 立 物 體 合 為 整 體 進 行考 慮 例 如 應 用 動 量 守 恒 定 律 時 ， 就 是 把多 個 物 體 看 成 整 體 (或 系 統(tǒng) ) 2 在 配 平 核 反 應 方 程 式 時 ， 一 般 先 滿 足質 量 數(shù) 守 恒 ， 后 滿 足 電 荷 數(shù) 守 恒 3 在 處 理 粒 子 的 碰 撞 和 衰 變 問 題 時 ， 通常 應 用 動 量 守 恒 定 律 、 質 能 方 程 和 能 的 轉化 與 守 恒 定 律 綜 合 分 析 4 核 能 的 計 算 方 法 若 m以 kg為 單 位 ， E mc2， 則 E的 單 位 為 焦 耳 若 m以 原 子 的 質 量 單 位 u為 單 位 ， 則 E m 931.5 MeV. 常考問題 【例1】 (2011課 標 全 國 卷 ， 35)(1)在 光 電效 應 實 驗 中 ， 某 金 屬 的 截 止 頻 率 相 應 的 波長 為 0， 該 金 屬 的 逸 出 功 為 _ 若用 波 長 為 (0)的 單 色 光 做 該 實 驗 ， 則 其遏 止 電 壓 為 _ 已 知 電 子 的 電 荷 量 、真 空 中 的 光 速 和 普 朗 克 常 量 分 別 為 e、 c和 h.光電效應現(xiàn)象與動量守恒定律的組合 (2)如 圖 15 1所 示 ， A、 B、C三 個 木 塊 的 質 量 均 為 m，置 于 光 滑 的 水 平 桌 面 上 ， B、C之 間 有 一 輕 質 彈 簧 ， 彈 簧的 兩 端 與 木 塊 接 觸 而 不 固連 將 彈 簧 壓 緊 到 不 能 再壓 縮 時 用 細 線 把 B和 C緊 連 ，使 彈 簧 不 能 伸 展 ， 以 至 于 B、C可 視 為 一 個 整 體 現(xiàn) A以初 速 v0沿 B、 C的 連 線 方 向朝 B運 動 ， 與 B相 碰 并 粘 合在 一 起 以 后 細 線 突 然 斷開 ， 彈 簧 伸 展 ， 從 而 使 C與A、 B分 離 已 知 C離 開 彈 簧后 的 速 度 恰 為 v 0.求 彈 簧 釋放 的 勢 能 圖 15 1 本題考查了光電效應方程、動量守恒定律及機械能守恒定律，主要考查分析綜合能力，屬中等難度題 (1)研 究 光 電 效 應 時 ， 用 頻 率 相同 、 強 度 不 同 的 光 分 別 照 射 密 封 真 空 管 的鈉 極 板 (陰 極 K)， 鈉 極 板 發(fā) 射 出 的 光 電 子 被陽 極 A吸 收 ， 在 電 路 中 形 成 光 電 流 光 電流 I與 A、 K之 間 的 電 壓 UAK的 關 系 ， 如 圖 15 2所 示 根 據(jù) 遏 止 電 壓 (圖 中 的 Uc)可 以 推算 出 的 量 是 _圖 15 2 A 鈉 發(fā) 生 光 電 效 應 的 極 限 頻 率 B 鈉 在 這 種 頻 率 的 光 照 射 下 的 最 大 初 動能 C 鈉 在 其 它 任 何 頻 率 的 光 照 射 下 的 最 大初 動 能 D 鈉 發(fā) 生 光 電 效 應 的 逸 出 功 (2)溜 冰 場 上 A、 B兩 人 分 別 坐 在 兩 輛 碰 碰 車上 沿 同 一 直 線 相 向 運 動 ， A的 質 量 是 40 kg，他 推 著 一 個 質 量 是 10 kg的 滑 塊 向 前 運 動 ，速 率 是 3 m /s； B的 質 量 是 50 kg， 速 率 是 1 m /s， 為 了 避 免 兩 車 相 撞 ， A將 滑 塊 推 出 去 ，后 被 B接 住 碰 碰 車 質 量 都 是 20 kg， 求 滑塊 被 A推 出 去 的 最 小 速 率 解析(2)為了避免兩車相撞，作用后兩車速度方向相同，且vAvB時，推出滑塊的速度最小 (MAM0m)vA(MBM0)vB(MA2M0MBm)v，70 370 (1)140 v，v1 m /s，(MAM0m)vA(MAM0)vmv0，70 360 110 v0，v015 m /s.答案(1)B (2)15 m /s 借題發(fā)揮 1常見概念辨析 2用圖象表示光電效應方程 (1)最 大 初 動 能 Ek與 入 射 光 頻 率 的 關 系圖 線 如 圖 所 示 (2)由 曲 線 可 以 得 到 的 物 理 量 極 限 頻 率 ： 圖 線 與 軸 交 點 的 橫 坐 標 0. 逸 出 功 ： 圖 線 與 Ek軸 交 點 的 縱 坐 標 的值 W0 E. 普 朗 克 常 量 ： 圖 線 的 斜 率 k h. 3應用動量守恒定律的解題步驟 (1)確 定 相 互 作 用 的 系 統(tǒng) 為 研 究 對 象 (2)分 析 研 究 對 象 所 受 的 外 力 (3)判 斷 系 統(tǒng) 是 否 符 合 動 量 守 恒 條 件 (4)規(guī) 定 正 方 向 ， 確 定 初 、 末 狀 態(tài) 動 量 的正 、 負 號 (5)根 據(jù) 動 量 守 恒 定 律 列 式 求 解 氫原子能級與動量守恒定律的組合 (2)如 圖 15 3所 示 ， 光 滑 水 平 軌 道 上 有 三個 木 塊 A、 B、 C， 質 量 分 別 為 mA 3m、 mB mC m， 開 始 時 ， B、 C均 靜 止 ， A以 初速 度 v0向 右 運 動 ， A與 B碰 撞 后 分 開 ， B又與 C發(fā) 生 碰 撞 并 粘 在 一 起 ， 此 后 A與 B間 的距 離 保 持 不 變 求 B與 C碰 撞 前 B的 速 度 大小 圖 15 3 (1)已 知 金 屬 鈣 的 逸 出 功 為 2.7 eV， 氫 原 子 的 能 級 圖 如 圖 15 4所 示 ， 一群 氫 原 子 處 于 量 子 數(shù) n 4能 級 狀 態(tài) ， 則_ A 氫 原 子 可 能 輻 射 6種 頻 率 的 光 子 B 氫 原 子 可 能 輻 射 5種 頻 率 的 光 子 C 有 3種 頻 率 的 輻 射 光 子 能 使 鈣 發(fā) 生 光電 效 應 D 有 4種 頻 率 的 輻 射 光 子 能 使 鈣 發(fā) 生 光電 效 應 圖 15 4 (2)如 圖 15 5所 示 ， 一 長 為 l， 質 量 為 M的木 板 靜 止 在 光 滑 的 水 平 面 上 ， 一 質 量 為 m的 滑 塊 以 初 速 度 v0滑 到 木 板 上 ， 木 板 長 度至 少 為 多 少 才 能 使 滑 塊 不 滑 出 木 板 (設 滑塊 與 木 板 間 動 摩 擦 因 數(shù) 為 )圖 15 5 【例3】 (2012課 標 全 國 卷 ， 35)(1)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 方 程 為 ： H HHe x， 式 中 x是某 種 粒 子 已 知 H、 H、 He和 粒 子 x的 質 量分 別 為 2.014 1 u、 3.016 1 u、 4.002 6 u和1.008 7 u； 1 u 931.5 MeV/c2， c是 真 空 中的 光 速 由 上 述 反 應 方 程 和 數(shù) 據(jù) 可 知 ， 粒子 x是 _， 該 反 應 釋 放 出 的 能 量 為_MeV(結 果 保 留 3位 有 效 數(shù) 字 )有關原子核的知識與動量守恒定律的組合 (2)如 圖 15 6所 示 ， 小 球 a、 b用等 長 細 線 懸 掛 于 同 一 固 定 點 O.讓球 a靜 止 下 垂 ， 將 球 b向 右 拉 起 ，使 細 線 水 平 從 靜 止 釋 放 球 b，兩 球 碰 后 粘 在 一 起 向 左 擺 動 ， 此后 細 線 與 豎 直 方 向 之 間 的 最 大 偏角 為 60 .忽 略 空 氣 阻 力 ， 求 ： 兩 球 a、 b的 質 量 之 比 ； 兩 球 在 碰 撞 過 程 中 損 失 的 機 械能 與 球 b在 碰 前 的 最 大 動 能 之比 圖 15 6 解析(1)核反應前后質量數(shù)、核電荷數(shù)均守恒，則161a，807b，解得：a17，b1.故X為正電子 (2)設女運動員被抱住前的速度為v2，男運動員抱住女運動員后的共同速度為v，二者抱住的過程由動量守恒定律得m1v1m2v2(m1m2)v，由題給條件，t2.0 s后兩人相遇，即s(v2v1)t由代入數(shù)據(jù)可得v10 m /s.答案(1)正 電 子 17 1 (2)10 m /s 借題發(fā)揮 1核反應方程的書寫 (1)核 反 應 過 程 一 般 都 不 是 可 逆 的 ， 所 以核 反 應 方 程 只 能 用 單 向 箭 頭 表 示 反 應 方 向 ，不 能 用 等 號 連 接 (2)核 反 應 的 生 成 物 一 定 要 以 實 驗 為 基 礎 ，不 能 只 依 據(jù) 兩 個 守 恒 規(guī) 律 憑 空 杜 撰 出 生 成物 來 寫 核 反 應 方 程 (3)核 反 應 遵 循 質 量 數(shù) 守 恒 ， 核 反 應 過 程中 反 應 前 后 的 總 質 量 一 般 會 發(fā) 生 變 化 (質 量虧 損 )且 釋 放 出 核 能 (4)核 反 應 遵 循 電 荷 數(shù) 守 恒 2 放 射 性 元 素 衰 變 的 快 慢 是 由 原 子 核 內部 因 素 決 定 的 ， 跟 原 子 所 處 的 物 理 狀 態(tài) (如溫 度 、 壓 強 )或 化 學 狀 態(tài) (如 單 質 、 化 合 物 )無 關 半 衰 期 是 大 量 原 子 核 衰 變 時 的 統(tǒng) 計規(guī) 律 ， 個 別 原 子 核 經(jīng) 多 長 時 間 衰 變 無 法 預測 ， 對 個 別 或 極 少 數(shù) 原 子 核 ， 無 半 衰 期 可言 3 核 反 應 過 程 遵 循 質 量 數(shù) 守 恒 而 不 是 質量 守 恒 ， 核 反 應 過 程 前 后 的 總 質 量 一 般 會發(fā) 生 變 化 (質 量 虧 損 )且 釋 放 出 核 能 遵 循電 荷 數(shù) 守 恒 隨堂演練