2022年高考物理二轮（福建专用）专题突破讲义：专题十 第2课时.doc

第2课时　原子物理和动量1．能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝(n＝1,2,3，…)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En.2．原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程X→Y＋HeX→Y＋e衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2H＋2n→Hen→H＋e衰变规律质量数守恒、电荷数守恒3.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4.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.(3)核物理中，把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变．(4)核能的计算：①ΔE＝Δmc2，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5 MeV，其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位．(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：N＋He→O＋H查德威克发现中子的核反应方程为：Be＋He→6C＋n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：Al＋He→P＋n，P→Si＋e5．光电效应及其方程(1)光电效应的规律：入射光的频率大于金属的极限频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；光电流的强度与入射光的强度成正比；光电子的发射几乎是瞬时的，一般不大于10－9 s.(2)光电效应方程：hν＝W＋mv2.6．动量守恒定律(1)表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；或p＝p′(系统相互作用前的总动量p等于系统相互作用后的总动量p′)；或Δp＝0(系统总动量的增量为零)；或Δp1＝－Δp2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量大小相等、方向相反)．(2)动量守恒定律的适用条件①系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力为零．②系统所受合力不为零，但在某一方向上系统所受外力的合力为零，则在该方向上系统动量守恒．③系统虽受外力，但外力远小于内力且作用时间极短，如碰撞、爆炸过程．7．弹性碰撞与非弹性碰撞碰撞过程遵从动量守恒定律．如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞；如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞．8．碰撞问题同时遵守的三条原则(1)系统动量守恒原则(2)物理情景可行性原则(3)不违背能量守恒原则碰撞过程满足Ek≥Ek′即m1v＋m2v≥m1v1′2＋m2v2′2或＋≥＋1．在书写核反应方程时，一般先满足质量数守恒，后满足电荷数守恒．2．在处理粒子的碰撞和衰变问题时，通常应用动量守恒定律、质能方程和能量守恒定律综合分析.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　题型1　原子物理基本知识与动量守恒定律的组合例1　(1)以下说法中不正确的是________．A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说B．贝可勒尔通过实验发现了中子，汤姆孙通过实验发现了质子C．卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型D．氘核和氚核可发生热核聚变，核反应方程是H＋H→He＋n(2)如图1所示，质量均为m的小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上，质量为2m的小明站在小车上用力向右迅速推出木箱，木箱相对于冰面的速度为v，接着木箱与右侧竖直墙壁发生弹性 图1碰撞，反弹后被小明接住，则小明接住木箱后三者共同速度的大小是________．A. B.C. D.解析　(1)根据物理学史实，选项A、C正确；查德威克通过实验发现了中子，汤姆孙通过实验发现了电子，选项B错误；根据电荷数守恒和质量数守恒可知，选项D正确．(2)取向左为正方向，根据动量守恒定律得推出木箱的过程有0＝(m＋2m)v1－mv接住木箱的过程有mv＋(m＋2m)v1＝(m＋m＋2m)v2解得共同速度v2＝，故选项C正确．答案　(1)B　(2)C以题说法　运用动量守恒定律解题的步骤1．确定研究对象(系统)；2．做好受力分析，判断是否满足动量守恒的条件；3．确定满足动量守恒的过程；4．选取正方向，明确初、末状态；5．列方程求解．　(1)下列说法正确的是________．A．光电效应现象揭示了光具有波动性B．阴极射线的本质是高频电磁波C．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型D．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分(2)如图2所示，在水平地面上有A、B两个物体，质量分别为mA＝2 kg，mB＝1 kg，A、B相距s＝9.5 m，A以v0＝10 m/s的初速度向静止的B运动，与B发生正碰，碰撞时间极短，分开后仍沿原来方向 图2运动，A、B均停止运动时相距Δs＝19.5 m．已知A、B与水平面间的动摩擦因数均为μ＝0.1，取g＝10 m/s2，则碰撞过程中的能量损失为________．A．24 J B．56 J C．49 J D．57 J答案　(1)C　(2)A解析　(1)光电效应是证明光具有粒子性的一个典型实验，选项A错误；阴极射线的本质是高速运动的电子流，选项B错误；卢瑟福的原子核式结构模型就是根据α粒子散射实验提出的，选项C正确；β衰变中飞出的电子是由一个中子转化成质子时释放出来的，原子核中没电子，选项D错误．(2)从A开始运动到与B相碰这一时间段内，根据s＝v0t－μgt2代入已知条件，解得t1＝19 s(舍掉，这表示A超过B后直到静止然后反向加速运动经过B点时所需要的时间)t2＝1 s于是碰撞时刻A的速度v＝v0－μgt2＝9 m/s碰撞过程中能量损失了，但是动量守恒，设碰撞后A的速度为v1，B的速度为v2，根据动量守恒定律，有mAv＝mAv1＋mBv2同时2μgsA＝v2μgsB＝vΔs＝sB－sA＝19.5 m联立解得v1＝5 m/s，v2＝8 m/s可知碰撞前能量为mAv2＝81 J，碰撞后能量为mAv＋mBv＝25 J＋32 J＝57 J，所以碰撞过程中能量损失了24 J，故选项A正确．题型2　氢原子能级与动量守恒定律的组合例2　(1)已知氢原子的能级为：E1＝－13.60 eV，E2＝－3.40 eV，E3＝－1.51 eV，E4＝－0.85 eV，现用光子能量介于10.00 eV～12.70 eV之间的某单色光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是________．A．该照射光的光子可能会被处于基态的氢原子吸收B．该照射光的光子一定会被吸收C．若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有4种D．若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有6种(2)如图3所示，光滑水平面上静止放置着一辆平板车A.车上有两个小滑块B和C，A、B、C三者的质量分别是3m、2m、m.B与车板 图3之间的动摩擦因数为μ，而C与车板之间的动摩擦因数为2μ.开始时B、C分别从车板的左、右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行．已知滑块B、C最后都没有脱离平板车，则车的最终速度v车是________．A．v车＝v0 B．v车＝v0C．v车＝v0 D．v车＝0解析　(1)E2－E1＝10.20 eV，E3－E1＝12.09 eV，由于光子能量介于10.00 eV～12.70 eV，所以可能会被处于基态的氢原子吸收从而跃迁到能级2或能级3上，A正确；若此光子不符合能级差值，则不会被氢原子吸收，B错误；若吸收该光子，激发后的氢原子处于能级2或能级3上，则此时氢原子跃迁到基态发出的光子最多有三种，分别为3→2、3→1、2→1，C、D错误．(2)以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有mBv0＋mC(－v0)＝(mA＋mB＋mC)v车代入数据得v车＝，故选项B正确．答案　(1)A　(2)B以题说法　关于原子跃迁要注意以下四方面：(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱条数N＝.(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hν＝Em－En)时，光子才被吸收．(3)“直接跃迁”只能对应一个能级差，发射一种频率的光子．“间接跃迁”能对应多个能级差，发射多种频率的光子．(4)入射光子能量大于电离能(hν＝E∞－En)时，光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能．　(1)一炮弹质量为m，以一定的倾角斜向上发射，达到最高点时速度大小为v，方向水平．炮弹在最高点爆炸成两块，其中一块恰好做自由落体运动，质量为m，则爆炸后瞬间另一块速度大小为________．A．v B.v C.v D．0(2)如图4所示为氢原子的能级图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时，辐射出光子b，则下列判断正确的是________．图4A．光子a的能量大于光子b的能量B．光子a的波长小于光子b的波长C．b光比a光更容易发生衍射现象D．若光子a能使某金属发生光电效应，则光子b也一定能使该金属发生光电效应答案　(1)B　(2)D题型3　原子核的衰变、核反应与动量守恒定律的组合例3　(1)下列关于核反应及衰变的表述正确的有________．A.H＋H→He＋n是轻核聚变B．X＋N→O＋H中，X表示HeC．半衰期与原子所处的化学状态有关D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的(2)如图5所示，平板小车C上固定有两个完全相同的弹射装置，在弹射装置中分别压装上两个光滑小球A、B，将它们停放在光滑水平地面上．先打开球A所在的装置，将球A发射出去，球A 图5获得vA＝8 m/s的速度．将球A发射出去后，要使小车C停止，必须以某速度vB将质量为 kg的球B发射出去．则vB的大小为________．(已知球A的质量mA＝1 kg，小车C和球B的总质量M＝4 kg)A．12 m/s B．2m/s C．24 m/s D．16 m/s解析　(1)由轻核聚变定义可知A正确；在核反应过程中电荷数和质量数守恒，设选项B中X的电荷数为N，质量数为M，则N＋7＝8＋1，N＝2，M＋14＝17＋1，M＝4，B错误；半衰期为放射性元素自身的性质，与所处化学状态、物理环境无关，C错误；β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子，D错误．(2)全过程分析，以水平向左为正方向，由动量守恒定律得mAvA－mBvB＝m车v车，其中v车＝0，所以可得vB＝12 m/s，选项A正确．答案　(1)A　(2)A以题说法　1.原子核的衰变(1)衰变实质：α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的中子转化为一个质。