2018届二轮复习原子物理和动量课件（71张）（全国通用） 71页

核心专题突破 第一部分 第 3 讲　原子物理和动量 专题二　能量、动量和原子物理 栏目导航 2 年考情回顾 热点题型突破 对点规范演练 热点题源预测 逐题对点特训 2 年考情回顾 设问 方式 ① 光电效应问题和粒子性 [ 例 ] (2016 · 全国卷 Ⅰ ， 35(1) 题 ) ② 核反应方程和核能 [ 例 ] (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 17 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅱ ， 35(1) 题 ) ③ 动量定理和动量守恒定律 [ 例 ] (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 14 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅲ ， 20 题 ) 　 (2017 · 天津卷， 10 题 ) (2016 · 全国卷 Ⅰ ， 35(2) 题 ) 热点题型突破 题型一　动量定理及其应用 命题规律 动量定理是高考命题的热点，主要考查： (1) 动量定理的应用； (2) 动量定理结合其他知识的综合问题． 方法点拨 1 ．动量定理的应用技巧 (1) 应用 I ＝ Δ p 求变力的冲量：若作用在物体上的作用力是变力，不能直接用 Ft 求变力的冲量，则可求物体动量的变化 Δ p ，等效代换变力的冲量 I . (2) 应用 Δ p ＝ Ft 求恒力作用下物体的动量变化：若作用在物体上的作用力是恒力，则可求该力的冲量 Ft ，等效代换动量的变化． 2 ．应用动量定理解题的步骤 1. (2016 · 全国卷 Ⅰ ) 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 v 0 竖直向上喷出；玩具底部为平板 ( 面积略大于 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 ρ ，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． 突破点拨 (1) 根据水的密度 ρ ，喷口的横截面 S 和流速 v 0 求喷泉单位时间内喷出的水的质量． (2) 水柱冲击玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开，取 Δ t 内的质量 Δ m . 其竖直方向动量改变怎么求． (3) 水柱冲击到玩具底板瞬间速度跟初速度 v 0 间的关系应依据什么规律确定 【变式考法 】 在上述题 1 中，空气阻力及水的黏滞阻力均可忽略不计，喷水的功率定义为单位时间内喷口喷出水的动能．求喷泉喷水的功率． 2 ． (2017 · 全国卷 Ⅲ )( 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线运动． F 随时间 t 变化的图线如图所示，则 ( 　　 ) A ． t ＝ 1 s 时物块的速率为 1 m/s B ． t ＝ 2 s 时物块的动量大小为 4 kg · m/s C ． t ＝ 3 s 时物块的动量大小为 5 kg · m/s D ． t ＝ 4 s 时物块的速度为零 解析 根据 F t 图线与时间轴所围面积的物理意义为合外力 F 的冲量，可知在 0 ～ 1 s,0 ～ 2 s,0 ～ 3 s,0 ～ 4 s 内合外力冲量分别为 2 N · s,4 N · s,3 N · s,2 N · s ，应用动量定理 I ＝ m · Δ v 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 . 物块在这些时刻的动量大小分别为 2 kg · m /s,4 kg · m/ s,3 kg · m /s,2 kg · m/ s . 则选项 A 、 B 均正确，选项 C 、 D 均错误． AB 3. (2016 · 北京卷 ) (1) 动量定理可以表示为 Δ p ＝ F Δ t ，其中动量 p 和力 F 都是矢量．在运用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的 x 、 y 两个方向上分别研究．例如，质量为 m 的小球斜射到木板上，入射的角度是 θ ，碰撞后弹出的角度也是 θ ，碰撞前后的速度大小都是 v ，如图甲所示．碰撞过程中忽略小球所受重力． 　 ① 分别求出碰撞前后 x 、 y 方向小球的动量变化 Δ p x 、 Δ p y ； ② 分析说明小球对木板的作用力的方向． (2) 激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动．激光照射到物体上，在发生反射、折射和吸收现象的同时，也会对物体产生作用．光镊效应就是一个实例，激光束可以像镊子一样抓住细胞等微小颗粒． 一束激光经 S 点后被分成若干细光束，若不考虑光的反射和吸收，其中光束 a 和 b 穿过介质小球的光路如图乙所示．图中 O 点是介质小球的球心，入射时光束 a 和 b 与 SO 的夹角均为 θ ，出射时光束均与 SO 平行．请在下面两种情况下，分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向． ① 光束 a 和 b 强度相同； ② 光束 a 比 b 强度大． 解析 (1) ① x 方向的动量变化 Δ p x ＝ m v x 2 － m v x 1 ＝ m v sin θ － m v sin θ ＝ 0. y 方向的动量变化 Δ p y ＝ m v 2 y － m v 1 y ＝ m v cos θ － ( － m v cos θ ) ＝ 2 m v cos θ . ② 根据动量定理 Δ p ＝ F · Δ t ，物体受力的方向与动量变化的方向相同，小球在 x 方向动量变化为零，则不受力，在 y 方向受到竖直向上的作用力，根据牛顿第二定律，小球对木板的作用力沿 y 轴负方向． (2) ① 仅考虑光的折射，设 Δ t 时间内每束光穿过小球的粒子数为 n ，每个粒子动量大小为 p ；这些粒子进入小球前 SO 方向上的总动量 p 1 ＝ 2 np cos θ ， 从小球出射时的总动量为 p 2 ＝ 2 np ， p 1 、 p 2 的方向均沿 SO 方向． 根据动量定理 F Δ t ＝ p 2 － p 1 ＝ 2 np (1 － cos θ ) ＞ 0 ， 可知小球对这些粒子的作用力 F 的方向沿 SO 向右；根据牛顿第三定律，两光束对小球的合力的方向沿 SO 向左． ② 建立如图所示的 Oxy 直角坐标系． x 方向：根据 (2) ① 同理可知，两光束对小球的作用力沿 x 轴负方向． y 方向：设 Δ t 时间内，光束 a 穿过小球的粒子数为 n 1 ，光束 b 穿过小球的粒子数为 n 2 ， n 1 ＞ n 2 . 这些粒子进入小球前的总动量为 p 1 y ＝ ( n 1 － n 2 ) p sin θ ， 从小球出射时的总动量为 p 2 y ＝ 0 ， 根据动量定理 F y Δ t ＝ p 2 y － p 1 y ＝－ ( n 1 － n 2 ) p sin θ ， 可知小球对这些粒子的作用力 F y 的方向沿 y 轴负方向，根据牛顿第三定律，两光束对小球的作用力 F ′ y 沿 y 轴正方向． 所以两光束对小球的合力的方向指向左上方． 答案 (1) ① 0 　 2 m v cos θ 　 ② 见解析　 (2) 见解析 (1) 动量定理的正交分解式 I x ＝ F x t ＝ m v ′ x － m v x ， I y ＝ F y t ＝ m v ′ y － m v y . (2) 对于连续流体应用动量定理 ① 确定小段时间 Δ t 的连续体为研究对象． ② 写出 Δ t 内的质量 Δ m 与 Δ t 的关系式． ③ 分析连续 Δ m 的受力情况和动量变化． ④ 用动量定理列方程、求解 题型二　动量守恒定律的应用 命题规律 动量守恒定律是高考常考的热点，高考多以计算题出现，难度中等．主要考查： (1) 两个物体或三个物体相互作用的动量守恒问题； (2) 碰撞过程动量守恒与机械能问题结合． 方法点拨 1 ． 动量守恒定律的解题步骤 (1) 明确研究对象，即系统的组成、研究过程． (2) 分析受力，判断动量是否守恒． (3) 规定正方向，确定初、末状态的动量． (4) 列方程，求解或讨论． 1. (2017 · 天津卷 ) 如图所示，物块 A 和 B 通过一根轻质不可伸长的细绳相连，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质量分别为 m A ＝ 2 kg 、 m B ＝ 1 kg. 初始时 A 静止于水平地面上， B 悬于空中．现将 B 竖直向上再举高 h ＝ 1.8 m( 未触及滑轮 ) ，然后由静止释放．一段时间后细绳绷直， A 、 B 以大小相等的速度一起运动，之后 B 恰好可以和地面接触．取 g ＝ 10 m/s 2 ，空气阻力不计．求： (1) B 从释放到细绳刚绷直时的运动时间 t ； (2) A 的最大速度 v 的大小； (3) 初始时 B 离地面的高度 H . 突破点拨 (1) B 从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动． (2) 细绳绷直瞬间，细绳张力远大于 A 、 B 的重力， A 、 B 的相互作用使两物体获得共同速度大小，可等效于发生 “ 完全非弹性碰撞 ” ，存在动能损失，但可以认为 “ 动量守恒 ”． (3) A 、 B 一起运动， B 恰好可以和地面接触，说明此时 A 、 B 速度为零．这一过程 A 、 B 组成的系统机械能守恒． 3. (2017 · 江西五校模拟 ) 打台球既可以锻炼身体，又能培养人的判断力，从而受到很多人的喜爱．现简化打台球过程为如图中所示模型，在足够长的光滑水平面上，放置三个大小相同的小球 A 、 B 、 C ，三个小球位于同一直线上， A 位于 B 、 C 之间．已知小球 A 的质量为 m ，小球 B 和小球 C 的质量均为 M ，开始三个小球均处于静止状态，如图所示．现突然给小球 A 一个初速度使其向右运动，如果让小球 A 仅能与小球 B 、 C 只发生一次碰撞，则小球 A 的质量 m 和小球 B 和 C 的质量 M 之间应满足什么条件？ ( 设三个小球间的碰撞没有机械能损失 ) 利用动量和能量观点解题的技巧 (1) 若研究对象为一个系统，应优先考虑应用动量守恒定律和能量守恒定律． (2) 动量守恒定律和能量守恒定律都只考查一个物理过程的初、末两个状态，对过程的细节不予追究． (3) 注意挖掘隐含条件，根据选取的对象和过程判断动量和能量是否守恒． 题型三　光电效应　能级跃迁 命题规律 光电效应和能级跃迁是高考命题的两个热点，题型多为选择题或填空题．主要考查： (1) 光电效应规律及光电效应方程的应用； (2) 氢原子的能级公式及跃迁规律． 方法点拨 1 ． 处理光电效应问题的两条线索 一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是： (1) 光强 → 光子数目多 → 发射光电子数多 → 光电流大． (2) 光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大初动能大． 2 ． 光电效应的两个图象 (1) E k － ν 曲线 如图甲所示的是光电子最大初动能 E k 随入射光频率 ν 的变化曲线．由 E k ＝ hν － W 0 可知，横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率，纵轴上的截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量． (2) I － U 曲线 如图乙所示的是光电流强度 I 随光电管两极板间电压 U 的变化曲线，图中 I m 为饱和光电流， U c 为遏止电压． 1. (2017 · 全国卷 Ⅲ )( 多选 ) 在光电效应实验中，分别用频率为 ν a 、 ν b 的单色光 a 、 b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 U a 和 U b 、光电子的最大初动能分别为 E k a 和 E k b . h 为普朗克常量．下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．若 ν a > ν b ，则一定有 U a < U b B ．若 ν a > ν b ，则一定有 E k a > E k b C ．若 U a < U b ，则一定有 E k a < E k b D ．若 ν a > ν b ，则一定有 h v a － E k a > hν b － E k a BC 突破点拨 (1) 单色光 a 、 b 照射同种金属上，表面金属的逸出功相同． (2) 明确光电子的最大初动能跟遏止电压之间的关系． 解析 设该金属的逸出功为 W ，根据爱因斯坦光电效应方程有 E k ＝ hν － W ，同种金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随 ν 的增大而增大， B 项正确；又 E k ＝ eU ，则最大初动能与遏止电压成正比， C 项正确；根据上述有 eU ＝ hν － W ，遏止电压 U 随 ν 增大而增大， A 项错误；又有 h ν － E k ＝ W ， W 相同，则 D 项错误． 【变式考法 】 (2017 · 北京丰台区二模 ) 用某种频率的光照射锌板，使其发出光电子，为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是 ( 　　 ) A ．增大入射光的强度 B ．增加入射光的照射时间 C ．换用频率更高的入射光照射锌板 D ．换用波长更长的入射光照射锌板 C 2 ． (2017 · 陕西西安模拟 ) 氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从 n ＝ 4 的能级向 n ＝ 2 的能级跃迁时辐射出可见光 a ，从 n ＝ 3 的能级向 n ＝ 2 的能级跃迁时辐射出可见光 b ，则下列说法错误的是 ( 　　 ) A ． a 光的光子能量大于 b 光的光子能量 B ．氢原子从 n ＝ 4 的能级向 n ＝ 3 的能级跃迁时会辐射出紫外线 C ．处于能级 n ＝ 4 的电子的动能小于能级 n ＝ 2 的动能 D ．若 b 光可使某金属材料发生光电效应，则 a 光一定也可使该金属发生光电效应 B 3 ． (2017 · 江西南昌模拟 )( 多选 ) 如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 ( 直线与横轴的交点的横坐标为 4.27 ，与纵轴的交点的纵坐标为 0.5) ，图乙是氢原子的能级图，下列说法正确的是 ( 　 　 ) ABD A ．该金属的极限频率为 4.27 × 10 14 Hz B ．根据该图线能求出普朗克常量 C ．该金属的逸出功为 0.5 eV D ．用 n ＝ 3 能级的氢原子跃迁到 n ＝ 2 能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应 E ．用频率 ν ＝ 5.5 × 10 14 Hz 的光照射该金属时，该金属发出的光电子去激发处于 n ＝ 2 能级的氢原子，可能使氢原子跃迁到 n ＝ 3 能级 解析 (1) 根据爱因斯坦光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 可知， E k － ν 图象在横轴上的截距等于该金属发生光电效应的极限频率 ν 0 ，由图甲知该金属的极限频率 ν 0 ＝ 4.27 × 10 14 Hz ，该金属的逸出功 W 0 ＝ hν 0 ＝ 6.63 × 10 － 34 × 4.27 × 10 14 J ＝ 2.83 × 10 － 19 J ＝ 1.77 eV ，选项 A 正确， C 错误；根据光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 可知图线的斜率表示普朗克常量，根据该图线可求出普朗克常量，选项 B 正确；氢原子从 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 2 能级释放的光子具有的能量 E ＝ 1.89 eV ，这个能量大于该金属的逸出功 W 0 ＝ 1.77 eV ，选项 D 正确；用频率 ν ＝ 5.5 × 10 14 Hz 的光照射该金属时，该金属发生光电效应释放出来的光电子的最大初动能为 E k ＝ 0.5 eV ，用该金属发出的光电子去激发 n ＝ 2 能级的氢原子，不能使氢原子跃迁到 n ＝ 3 能级，选项 E 错误． 利用光电效应分析问题应把握的三个关系 (1) 爱因斯坦光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 . (2) 光电子的最大初动能 E k 可以利用光电管用实验的方法测得，即 E k ＝ eU c ，其中 U c 是遏止电压． (3) 光电效应方程中的 W 0 为逸出功，它与金属的极限频率 ν c 的关系是 W 0 ＝ hν c . 题型四　核反应和核能 命题规律 核反应及核能在近几年高考出现的频率较高，主要考查： (1) 三种射线的特征和核反应方程的书写． (2) 半衰期的计算和核反应释放核能的计算． (3) 对结合能及质能方程的理解和应用． 原子核 H He He 6C 7N 7N 质量 /u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 大于 突破点拨 解答本题时应明确以下三点： (1) 核反应方程中，质量数与电荷数守恒． (2) 明确质量亏损 Δ m 的计算方法． (3) 核反应释放的能量 Q ＝ Δ E ＝ Δ m · c 2 ，即 Q 与 Δ m 成正比． 解析 核反应方程中，反应前后质量数和电荷数守恒，所以 X 的质量数 15 ＋ 1 － 12 ＝ 4 ，电荷数 1 ＋ 7 － 6 ＝ 2 ，所以 X 为 He ；据 Q ＝ Δ E ＝ Δ mc 2 ，经过计算 Δ m 1 ＝ 0.002 1u ， Δ m 2 ＝ 0.005 3u ，则可以知道 Q 2 ＞ Q 1 . 【变式考法 】 (1) 计算上述题 1 中 Q 1 ， Q 2 的大小． (1 原子质量单位 u 相当于 931.5 MeV 能量 ) 解析 经过计算 Δ m 1 ＝ 0.002 1u ， Δ m 2 ＝ 0.005 3 u ， Q 1 ＝ 0.002 1 × 931.5 MeV ＝ 1.956 MeV Q 2 ＝ 0.005 3 × 931.5 MeV ＝ 4.937 MeV 答案 1.965 MeV 　 4.937 MeV A ． 3.7 MeV 　 B ． 3.3 MeV C ． 2.7 MeV 　 D ． 0.93 MeV 解析 1 氘核聚变反应的质量亏损为 Δ m ＝ 2 × 2. 013 6 u － (3.015 0 u ＋ 1.008 7 u) ＝ 0.003 5 u ，释放的核能为 Δ E ＝ Δ mc 2 ＝ 0.003 5 × 931 MeV/c 2 × c 2 ≈ 3.3 MeV ，选项 B 正确． B B 常见的射线和核反应类型 (1)α 射线， β 射线， γ 射线之间的区别 名称 α 射线 β 射线 γ 射线 实质 氦核流 电子流 光子 速度 约为光速的 约为光速的 99% 光速 电离作用 很强 较弱 很弱 贯穿能力 很弱 较强 最强 (2) 核反应的四种类型 类型 可能性 核反应方程 衰变 α 衰变 自发 92U ―→ 90Th ＋ He β 衰变 自发 90Th ―→ 91Pa ＋ e 人工转变 人工控制 7N ＋ He ―→ 8O ＋ H ( 卢瑟福发现质子 ) He ＋ Be ―→ 6C ＋ n ( 查德威克发现中子 ) Al ＋ He ― → P ＋ n P ―→ Si ＋ e ( 约里奥 · 居里夫妇发现放 射性同位素，同时发现正电子 ) 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 92U ＋ n ― → 56Ba ＋ Kr ＋ 3n 92U ＋ n ―→ 54Xe ＋ Sr ＋ 10n 轻核聚变 很难控制 H ＋ H ―→ He ＋ n 热点题源预测 动量守恒定律在核反应中的应用 考向 预测 动量守恒定律在核反应中的应用，可以综合核反应方程的书写，质能方程，动量守恒，能量守恒等知识，考查学生的综合分析能力，是高考命题方向 解题 关键 (1) 在核反应方程中，反应前后质量数和电荷数守恒． (2) 在动量守恒和能量守恒方程中，一般用质量数表示质量关系． (3) 在涉及光子的核反应中，光子的动量和能量是否考虑，要根据题意判断 失分 防范 (1) 在求解核反应中的动量守恒时，常出现以下错误； ① 核反应中产生的新核和粒子的质量数的确定； ② 在列动量守恒时，是否考虑放出的光子的动量； ③ 核反应中动能并不守恒． (2) 可以从以下几点防范： ① 根据核反应规律，确定新核和粒子的质量数； ② 根据题给条件明确是否考虑光子的动量； ③ 若为放能核反应，反应后的动能等于反应前的动能与释放的核能之和 【预测 】 (2016 · 南京模拟 ) 海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源，两个氘核的核反应产生一个 He 核和一个粒子，其中氘核的质量为 2.013 0 u ，氦核的质量为 3.015 0 u ，粒子的质量为 1.008 7 u ． (1 u 相当于 935 MeV ) (1) 写出核反应方程； (2) 核反应中释放的核能； (3) 在两个氘核以相等的动能 0.35 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的粒子和氦核的动能． 思维导航 规范答题 【变式考法 】 (2017 · 北京卷 ) 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 α 衰变．放射出的 α 粒子 (He) 在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R . 以 m 、 q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量． (1) 放射性原子核用 X 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 α 衰变的核反应方程； (2) α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小； (3) 设该衰变过程释放的核能都转化为 α 粒子和新核的动能，新核的质量为 M ，求衰变过程的质量亏损 Δ m . 对点规范演练 逐题对点特训 制作者：状元桥 适用对象：高中 学生 制作软件： Powerpoint2003、 Photoshop cs3 运行环境： WindowsXP以上操作系统