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2008屆南京市高考物理一輪復習選修3-5復習附錄

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  1. 二一教育資源

2008屆南京市高考物理一輪復習選修3-5復習附錄

資源簡介

3-5模塊考點具體學習要求:(參考江蘇省普通高中物理課程標準教學要求)
99、動量 動量守恒定律
理解動量的概念,知道動量是矢量。會計算一維動量的變化。
理解動量守恒定律,知道動量守恒定律的普遍意義,并通過動量守恒定律體會自然界的和諧與統一。
會用牛頓運動定律導出動量守恒定律。知道定律成立的條件。能運用動量守恒定律解釋有關現象并解決有關問題。
100、驗證動量守恒定律(實驗、探究)
通過實驗探究一維碰撞中的不變量。
101、碰撞 反沖運動
了解不同類型的碰撞,知道彈性碰撞和非彈性碰撞的主要特征,并解釋、解決一維碰撞的相關問題。
通過探究一維彈性碰撞問題,使學生體驗科學探究的過程,掌握科學探究的方法。
了解反沖運動。會用動量守恒定律解決反沖運動問題。
102、量子論的建立 黑體與黑體輻射
了解黑體和黑體輻射。
體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。
103、光電效應 光子說 光電效應方程
知道光電效應,通過實驗了解光電效應實驗規律。
了解愛因斯坦光子說,并能夠用它來解釋光電效應現象。
知道愛因斯坦光電效應方程,并能利用它解決一些簡單問題。
104、康普頓效應
了解康普頓效應。
了解光子理論對康普頓效應的解釋。
認識到康普頓效應進一步證明了光的粒子性。
105、光的波粒二象性 物質波 概率波 不確定關系
根據事實說明光具有波粒二象性。了解光在哪些不同情況下會表現出粒子性或波動性。知道光是一種概率波。
了解德布羅意假說內容,知道德布羅意關系式。知道實物粒子具有波動性。不要求用德布羅意關系式進行定量計算。
知道電子云。初步了解不確定性關系。
了解人類探索光本質所經歷的曲折過程,知道人類對世界的探究是不斷深入的。
106、原子核式結構模型
知道α粒子散射實驗的原理及實驗結果。
通過盧瑟福原子核式結構模型的建立過程,體會科學家進行科學探究的方法。
107、氫原子光譜
通過對氫原子的光譜分析,了解光譜分析在科學技術中的應用。
108、原子的能級
了解原子的能級結構,了解原子能級的量子化。
了解微觀世界中的量子化現象。
109、原子核的組成
了解質子、中子的發現過程,了解原子核的組成。
知道質量數、質子數、中子數、核子數、核電荷數、原子序數等概念及其數量關系。
110、原子核的衰變、半衰期
了解天然放射現象。知道放射現象中三種射線的本質及特性。了解衰變、衰變,會寫衰變方程。
會用半衰期描述衰變的快慢,知道半衰期的統計意義。不要求用半衰期公式進行定量計算。
111、放射性的應用與防護 放射性同位素
知道射線的危害與防護,知道放射性同位素的概念,了解放射性同位素的應用。
112、核力與結合能 質量虧損
知道核力的存在,了解核力的性質。能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。
知道結合能和質量虧損的概念。
了解愛因斯坦質能方程,會用質能方程進行簡單計算。
113、核反應方程
知道質子、中子、電子、正電子等基本粒子符號,會寫常見核反應方程。
114、重核裂變 核聚變
知道鈾核裂變。知道鏈式反應的發生條件。會寫鈾核裂變的核反應方程,會根據質量虧損計算釋放的核能。
了解核反應堆的基本原理。知道核電站的工作模式。了解人類和平利用核能的進程,思考科學技術與社會發展的關系。
了解聚變的特點及條件,會寫聚變方程。了解受控熱核反應,關注受控熱核反應的研究及其發展。
07年新課程實驗區高考試題:
(07廣東卷)圖1所示為氫原子的四個能級,其中為基態,若氫原子A處于激發態E2,氫原子B處于激發態E3,則下列說法正確的是
A.原子A可能輻射出3種頻率的光子
B.原子B可能輻射出3種頻率的光子
C.原子A能夠吸收原子B發出的光子并躍遷道能級E4
D.原子B能夠吸收原子A發出的光子并躍遷道能級E4
(07廣東卷)⑴放射性物質和的核衰變方程為:

方程中的X1代表的是______________,X2代表的是______________。
⑵如圖12所示,鉛盒內裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質,在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場B,在圖12(a)、(b)中分別畫出射線運動軌跡的示意圖。(在所畫的軌跡上須標明是α、β和γ中的哪種射線)
⑶帶電粒子的荷質比是一個重要的物理量。某中學物理興趣小組設計了一個實驗,探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響,以求得電子的荷質比,實驗裝置如圖13所示。
①他們的主要實驗步驟如下:
A.首先在兩極板M1M2之間不加任何電場、磁場,開啟陰極射線管電源,發射的電子從兩極板中央通過,在熒幕的正中心處觀察到一個亮點;
B.在M1M2兩極板間加合適的電場:加極性如圖13所示的電壓,并逐步調節增大,使熒幕上的亮點逐漸向熒幕下方偏移,直到熒幕上恰好看不見亮點為止,記下此時外加電壓為U。請問本步驟目的是什么?
C.保持步驟B中的電壓U不變,對M1M2區域加一個大小、方向合適的磁場B,使熒幕正中心重現亮點,試問外加磁場的方向如何?
②根據上述實驗步驟,同學們正確推算處電子的荷質比與外加電場、磁場及其他相關量的關系為。一位同學說,這表明電子的荷質比將由外加電壓決定,外加電壓越大則電子的荷質比越大,你認為他的說法正確嗎?為什么?
解:15. (本題滿10分)
(本題考查考生對原子核的基本知識以及電磁場對帶電粒子作用的基本規律的了解,考查實驗與探究能力、理解能力和推理能力)
(1)X1代表的是(或),X2代表的是(或)
(2)如答圖1所示.(曲率半徑不作要求,每種射線可只畫出一條軌跡.)
(3)①B.使電子剛好落在正極板的近熒光屏端邊緣,利用已知量表達q/m.
C.垂直電場方向向外(垂直紙面向外)
②說法不正確,電子的荷質比是電子的固有參數.
(07寧夏卷)在光滑的水平面上,質量為m1的小球A以速率v0向右運動。在小球的前方O點處有一質量為m2的小球B處于靜止狀態,如圖所示。小球A與小球B發生正碰后小球A、B均向右運動。小球B被在Q點處的墻壁彈回后與小球A在P點相遇,PQ=1.5PO。假設小球間的碰撞及小球與墻壁之間的碰撞都是彈性的,求兩小球質量之比m1/m2。
解:從兩小球碰撞后到它們再次相遇,小球A和B的速度大小保持不變,根據它們通過的路程,可知小球B和小球A在碰撞后的速度大小之比為4∶1
兩球碰撞過程有:

解得:
(07海南卷)⑴氫原子第n能級的能量為,其中E1是基態能量。而n=1,2,…。若一氫原子發射能量為的光子后處于比基態能量高出的激發態,則氫原子發射光子前后分別處于第幾能級?
⑵一速度為v的高速α粒子()與同方向運動的氖核()發生彈性正碰,碰后α粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度(不計相對論修正)
解:⑴設氫原子發射光子前后分別位于第l與第m能級,依題意有:


解得:m=2
l=4
⑵設碰撞前后氖核速度分別為v0、vNe,由動量守恒與機械能守恒定律得:


且:
解得:

(07山東卷)人類認識原子結構和開發利用原子能經歷了十分曲折的過程。請按要求回答下列問題。
(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學家在原子結構或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻。請選擇其中的兩位,指出他們的主要成績。
①_________________________________________________________
②__________________________________________________________
在貝克勒爾發現天然放射現象后,人們對放射線的性質進行了深入研究,下圖為三種射線在同一磁場中的運動軌跡,請從三種射線中任選一種,寫出它的名稱和一種用途。________________________________________。
(2)在可控核反應堆中需要給快中子減速,輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與12H核碰撞減速,在石墨中與612C核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應堆中快中子與靜止的靶核發生對心正碰,通過計算說明,僅從一次碰撞考慮,用重水和石墨作減速劑,哪種減速效果更好?
解:⑴盧瑟福提出了原子的核式結構模型(或其他成就)
玻爾把量子理論引入原子模型,并成功解釋了氫光譜(或其他成就)
查德威克發現了中子(或其他成就)。
⑵設中子質量為Mn,靶核質量為M
由動量守恒定律: Mnv0=Mnv1+Mv2
由能量守恒定律:
解得:
在重水中靶核質量:MH=2Mn

在石墨中靶核質量:Mc=12Mn

與重水靶核碰后中子速度較小,故重水減速效果更好。
07老課程高考試題選編:
(07全國卷Ⅰ)用大量具有一定能力的電子轟擊大量處于基態的氫原子,觀測到了一定數目的光譜線。調高電子的能力在此進行觀測,發現光譜線的數目比原來增加了5條。用△n表示兩側觀測中最高激發態的量子數n之差,E表示調高后電子的能量。根據氫原子的能級圖可以判斷,△n和E的可能值為( )
A、△n=1,13.22 eV B、△n=2,13.22 eV C、△n=1,12.75 eV D、△n=2,12.75 eV (07全國卷Ⅱ)氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時,可能發出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波長分別為和,且>,則另一個波長可能是
A、+ B、- C、 D、
(07北京卷)下列說法正確的是:
A、太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應
B、湯姆生發現電子,表明原子具有核式結構
C、一束光照射到某種金屬上不能發生光電效應,是因為該束光的波長太短
D、按照波爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時,電子的動能減小,原子總能量增加
(07重慶卷)可見光光子的能量在1.61 eV~3.10 eV范圍內.若氫原子從高能級躍遷到量子數為n的低能級的譜線中有可見光,根據氫原子能級圖(題14圖)可判斷n為
A.1 B.2 C.3 D.4
(07四川卷)關于天然放射現象,下列說法正確的是
A.放射性元素的原子核內的核子有半數發生變化所需的時間就是半衰期
B.放射性物質放出的射線中,α粒子動能很大.因此貫穿物質的本領很強
C.當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時,將發生β哀變
D.放射性的原子核發生衰變后產生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出γ射線
(07上海卷)一置于鉛盒中的放射源發射的(、( 和( 射線,由鉛盒的小孔射出,在小孔外放一鋁箔后,鋁箔后的空間有一勻強電場。進入電場后,射線變為a、b兩束,射線a沿原來方向行進,射線b發生了偏轉,如圖所示,則圖中的射線a為_(射線,射線b為_(___射線。
(07上海卷)U衰變為Rn要經過m次(衰變和n次(衰變,則m,n分別為( )
(A)2,4。 (B)4,2。 (C)4,6。 (D)16,6。
(07天津卷)右圖為氫原子能級的示意圖,現有大量的氫原子處于n=4的激發態,當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關于這些光下列說法正確的是
A.最容易表現出衍射現象的光是由n=4能級躍到n=1能級產生的
B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產生的
C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光
D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發生光電效應。
(07江蘇卷)μ子與氫原子核(質子)構成的原子稱為μ氫原子(hydrogen muon atom),它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子,μ氫原子吸收光子后,發出頻率為г1、г2、г3、г4、г5、和г6的光,且頻率依次增大,則E等于
A、h(г3-г1 ) B、 h(г5+г6) C、hг3 D、hг4
(07江蘇卷)2006年美國和俄羅斯的科學家利用回旋加速器,通過(鈣48)轟擊(锎249)發生核反應,成功合成了第118號元素,這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數最大的元素,實驗表明,該元素的原子核先放出3個相同的粒子x,再連續經過3次α衰變后,變成質量為282的第112號元素的原子核,則上述過程中的粒子x是
A、中子 B、質子 C、電子 D、α粒子
(07江蘇卷)2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家,以表彰他們發現了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點,下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是
A、微波是指波長在10-3m到10m之間的電磁波
B、微波和聲波一樣都只能在介質中傳播
C、黑體的熱輻射實際上是電磁輻射
D、普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
(2007年全國理綜Ⅱ24、)用放射源釙的α射線轟擊鈹時,能發射出一種穿透力極強的中性射線,這就是所謂鈹“輻射”。1932年,查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氨(它們可視為處于靜止狀態)。測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運動的氨核和氦核的質量之比為7.0。查德威克假設鈹“輻射”是由一種質量不為零的中性粒子構成的,從而通過上述實驗在歷史上首次發現了中子。假設鈹“輻射”中的中性粒子與氫或氦發生彈性正碰,試在不考慮相對論效應的條件下計算構成鈹“輻射”的中性粒子的質量。(質量用原子質量單位u表示,1 u等于1個12C原子質量的十二分之一。取氫核和氦核的質量分別為1.0 u和14 u。)
解:設構成鈹“輻射”的中性粒子的質量和速度分別為m和v,氫核的質量為mH。構成鈹“輻射”的中性粒子與氫核發生彈性正碰,碰后兩粒子的速度分別為v/和vH/。由動量守恒與能量守恒定律得:
mv=mv′+mHvH′

解得:
同理,對于質量為mN的氮核,其碰后速度為

可求得:
根據題意可知: vH′=7.0vN′
解得: m=1.2u
*(2007年重慶理綜25、)某興趣小組設計了一種實驗裝置,用來研究碰撞問題,其模型如題25圖所示不用完全相同的輕繩將N個大小相同、質量不等的小球并列懸掛于一水平桿、球間有微小間隔,從左到右,球的編號依次為1、2、3……N,球的質量依次遞減,每球質量與其相鄰左球質量之比為k(k<1.將1號球向左拉起,然后由靜止釋放,使其與2號球碰撞,2號球再與3號球碰撞……所有碰撞皆為無機械能損失的正碰。(不計空氣阻力,忽略繩的伸長,g取10 m/s2)
⑴設與n+1號球碰撞前,n號球的速度為vn,求n+1號球碰撞后的速度.
⑵若N=5,在1號球向左拉高h的情況下,要使5號球碰撞后升高16k(16 h小于繩長)問k值為多少?
解:⑴設n號球質量為m,n+1號球質量為mn+1,碰撞后的速度分別為,取水平向右為正方向,據題意有n號球與n+1號球碰撞前的速度分別為vn、0、mn+1
根據動量守恒有:
根據機械能守恒有:=
解得:
設n+1號球與n+2號球碰前的速度為En+1
據題意有:vn-1=
得:vn-1==
⑵設1號球擺至最低點時的速度為v1,由機械能守恒定律有

v1=
同理可求,5號球碰后瞬間的速度

解得:
n=5時:v5=
解得:k=
⑶設繩長為l,每個球在最低點時,細繩對球的拉力為F,由牛頓第二定律有

則:
式中Ekn為n號球在最低點的動能
由題意1號球的重力最大,又由機械能守恒可知1號球在最低點碰前的動能也最大,根據上式可判斷在1號球碰前瞬間懸掛1號球細繩的張力最大,故懸掛1號球的繩容易斷。
三、教學時間安排
主題
單元
課時
說明
碰撞與動量守恒
動量、動量守恒定律及其探究驗證
彈性碰撞和非彈性碰撞、反沖運動
3
2
波粒二象性
量子論的建立 黑體與黑體輻射、光電效應 光子說 光電效應方程、康普頓效應
光的波粒二象性 物質波 概率波 不確定關系
2
原子結構
原子核式結構模型、氫原子光譜、氫原子的能級
1
原子核
原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 、放射性同位素
核力與結合能、質量虧損、核反應方程、
重核裂變和核聚變

四、各章復習要點?????主題一:碰撞與動量守恒
考點學習要求:
99、動量 動量守恒定律
理解動量的概念,知道動量是矢量。會計算一維動量的變化。
理解動量守恒定律,知道動量守恒定律的普遍意義,并通過動量守恒定律體會自然界的和諧與統一。
會用牛頓運動定律導出動量守恒定律。知道定律成立的條件。能運用動量守恒定律解釋有關現象并解決有關問題。
100、驗證動量守恒定律(實驗、探究)
通過實驗探究一維碰撞中的不變量。
101、碰撞 反沖運動
了解不同類型的碰撞,知道彈性碰撞和非彈性碰撞的主要特征,并解釋、解決一維碰撞的相關問題。
通過探究一維彈性碰撞問題,使學生體驗科學探究的過程,掌握科學探究的方法。
了解反沖運動。會用動量守恒定律解決反沖運動問題。
教材特點分析:
動量守恒定律統領整個3-5模塊,α粒子散射實驗、康普頓效應、質子的發現、中子的發現、核反應。人類認識微觀世界的思路與方法:(1)根據事實提出要探索和研究的問題。(2)用一定能量的粒子去轟擊原子或原子核,根據實驗事實,提出新理論。(3)經實踐檢驗,修正理論。動量守恒和能量守恒是自然界普遍適用的基本規律,無論是宏觀領域還是微觀領域,我們都可以用上述觀點來解決具體的問題。
概念規律方法:
動量、動量守恒定律
1.動量
(1)定義:p=mv
(2)動量是狀態量:
動量是物體機械運動的一種量度,是狀態量,通常說物體的動量是物體在某一時刻的動量,計算物體的動量時應取這一時刻的即時速度.
(3)動量的相對性:
由于物體的運動速度與參照物的選擇有關,所以物體的動量也跟參照物的選擇有關.選擇不同的參照物時,同一物體的動量可以不同.通常在不說明參照物的情況下,物體的動量是指物體相對于地面的動量.
(4)動量的矢量性:
物體動量的方向與物體的即時速度方向相同.
動量的運算應使用平行四邊形法則,如果物體運動變化前后的動量都在同一直線上,那么選定正方向后,動量的方向可以用正、負號表示,動量的運算就簡化為代數運算了.
(5)動量的單位:
在國際單位制中,動量單位是千克·米/秒.
2.動量守恒定律
(1)內容
相互作用的物體如果不受外力作用,或者它們所受的外力之和為零,它們的總動量保持不變.
(2)條件
(3)表達式
(常見形式為:)
3.動量守恒定律的性質
(1)動量守恒定律的矢量性
由于速度是矢量,定律的表達式應是一個矢量式.
對于一維情況,可根據所設坐標的方向確定速度的正負,而將矢量式化為代數式.對兩個物體組成的系統,在一般情況下,定律可表達為:m1v1+m2v2=mlvl′+ m2v2′
(2)動量守恒定律中速度的同時性
物體系統在相互作用過程中,任一瞬間的動量都保持不變.相互作用前的動量和(m1v1+m2v2+…)中的v1、v2、…都應該是作用前同一時刻的即時速度;相互作用后的動量和(m1v1′+m2v2′+…)中的v1′、v2′、…都應該是作用后同一時刻的即時速度.
(3)動量守恒定律中速度的相對性
動量的大小和方向與參照系的選擇有關,應用動量守恒列方程時,應該注意各物體的速度必須相對同一慣性參照系的速度,通常以地面為參照系.
(4)系統性
動量守恒定律的研究是相互作用的物體組成的系統.
(5)普適性
動量守恒定律是自然界普遍規律之一,不僅適用于宏觀物體的低速運動,對微觀現象和高速運動仍然適用.
4.對動量守恒定律進一步理解
(1)對守恒條件的理解
①標準條件:系統“總動量保持不變”的條件是系統“不受外力作用”或“所受外力之和為零”.
②近似條件:若系統所受外力遠小于內力,且作用時間很短,即外力的沖量可以忽略,則可以近似認為系統的總動量守恒,即:,但為有限值,且.
③某一方向動量守恒的條件:系統所受外力矢量和不為零,但在某一方向上的力為零,則系統在這個方向上的動量守恒.必須注意區別總動量守恒與某一方向動量守恒.列式時,要特別注意把速度投影到這個方向上,同時要注意各量的正負.
說明:內力的沖量對系統動量是否守恒沒有影響,但可改變系統內物體的動量.內力的沖量是系統內物體間動量傳遞的原因,而外力的沖量是改變系統總動量的原因.譬如:通常情況下的摩擦力的沖量在時間極短時就可忽略,子彈沿水平方向打入豎直下落的木塊,子彈與木塊在豎直方向的動量就近似守恒.
(2)對守恒的理解
系統“總動量保持不變”,不是僅指系統的初、末兩個時刻的總動量相等,而是指系統在整個過程中任意兩個時刻的總動量都相等,但決不能認為系統內的每一個物體的動量都保持不變.
【基本問題類型和研究方法】
1.應用動量守恒定律解題的基本步驟.
(1)分析題意,確定研究系統和一段過程
在分析相互作用的物體總動量是否守恒時,通常把這些被研究的物體總稱為系統.要明確所研究的系統是由哪幾個物體組成的.
(2)進行受力分析,確認是否滿足守恒的條件
弄清哪些是系統內部物體之間相互作用的力,即內力;哪些是系統外的物體對系統內物體的作用力,即外力.
(3)明確所研究的相互作用過程,確定過程的始、末狀態
即系統內各個物體的初動量和末動量的量值或表達式.
(4)建立動量守恒方程
規定好正方向,靈活運用動量守恒定律的各種表達式建立動量守恒方程.
(5)求解驗證討論
計算結果如果是正的,說明該量的方向和正方向相同,如果是負的,則和選定的正方向相反.如果是幾個方程聯立解,那么各方程所選取的正方向應該相同.
2.運用動量守恒定律的常見問題
(1)人船模型
(1)模型:兩個原來均處于靜止狀態的物體發生相互作用,并且它們所受的合外力為零.
(2)規律:系統動量守恒,任意一個時刻的總動量均為零,兩個物體的動量大小總相等,即:mv=MV
上式兩邊同乘一個Δt得:mvΔt=MVΔt
兩邊再求和可得:ΣmvΔt=ΣMVΔt
則有:ms=MS,或者m/M=s/S
(2)臨界問題
在應用動量守恒定律解題時,常會遇到相互作用的物體相距最近、避免相撞、何時開始反向運動等臨界問題,這類問題要注意挖掘隱含的臨界條件.
【例1】如圖所示,具有一定質量的小球A固定在輕桿一端,另一端懸掛在小車支架的O點,用手將小球拉起使輕桿呈水平,在小車處于靜止的情況下放手使小球擺下,在B處與固定在車上的油泥撞擊后粘合在一起,則此后小車的運動情況是( C )
(A)向右運動 (B)向左運動
(C)靜止不動 (D)無法判定
【例2】兩個質量相等的滑冰人甲和乙都靜止在光滑的水平冰面上,其中一人向另一人拋出一個籃球,另一人接球后再拋回,如此反復進行幾次后甲、乙兩人最后的速率關系為( B )
A.若甲最先拋球,則一定是V甲 > V乙 B.若乙最后接球,則一定是V甲 > V乙
C.只有甲先拋球,乙最后接球,才有V甲 > V乙 D.無論怎樣拋球與接球,總有V甲 > V乙
【例3】兩條磁性極強的磁鐵分別固定在兩輛小車上,水平面光滑,已知甲車和磁鐵總質量為0.5Kg,乙車和磁鐵的總質量為1.0Kg,兩磁鐵N極相對,兩車相向運動,某時刻甲車速度大小為2m/s,乙車速度大小為3m/s,方向相反并在同一直線上,
求:(1)當甲車開始反向時,乙車的速度?
(2)由于磁性極強,故兩車不會相碰,那么兩車的距離最近時,乙車的速度?
答案:(1)2m/s;方向與乙車運動方向相同
(2)4/3m/s;方向與乙車運動方向相同
【例4】如圖所示甲、乙兩人做拋球游戲,甲站在一輛平板車上,車與水平地面間摩擦不計.甲與車的總質量M=100 kg,另有一質量m=2 kg的球.乙站在車的對面的地上,身旁有若干質量不等的球.開始車靜止,甲將球以速度v(相對地面)水平拋給乙,乙接到拋來的球后,馬上將另一質量為m′=2m的球以相同速率v水平拋回給甲,甲接住后,再以相同速率v將此球水平拋給乙,這樣往復進行.乙每次拋回給甲的球的質量都等于他接到的球的質量為2倍,求:
(1)甲第二次拋出球后,車的速度大小.
(2)從第一次算起,甲拋出多少個球后,再不能接到乙拋回來的球.
答案:v/10 5
【例5】如圖所示,AB為一光滑水平橫桿,桿上套一質量為M的小圓環,環上系一長為L質量不計的細繩,繩的另一端拴一質量為m的小球,現將繩拉直,且與AB平行,由靜止釋放小球,則當線繩與A B成θ角時,圓環移動的距離是多少?
解析:雖然小球、細繩及圓環在運動過程中合外力不為零(桿的支持力與兩圓環及小球的重力之和不相等)系統動量不守恒,但是系統在水平方向不受外力,因而水平動量守恒。設細繩與AB成θ角時小球的水平速度為v,圓環的水平速度為V,則由水平動量守恒有:
MV=mv
且在任意時刻或位置V與v均滿足這一關系,加之時間相同,公式中的V和v可分別用其水平位移替代,則上式可寫為:Md=m[(L-Lcosθ)-d]
解得圓環移動的距離: d=mL(1-cosθ)/(M+m)
【例6】甲、乙兩小孩各乘一輛冰車在水平冰面上游戲,甲與他所乘的冰車的總質量為M=30kg,乙與他所乘的冰車的總質量為M=30kg.游戲時,甲推著一個質量為m=15kg的箱子,和他一起以V0=2m/s的速度滑行.乙以同樣大小的速度迎面而來,如圖,為避免相撞,甲突然將箱子沿冰面推給乙,箱子滑到乙處時,乙迅速把它抓住.若不計冰面的摩擦力,問甲至少要以多大的速度(相對于地面)將箱子推出,才能避免與乙相撞?
[分析]本題的關鍵是正確選擇系統,甲與箱子作為一個系統,在甲推箱子過程中,在水平方向不受外力,只有相互作用的內力;箱子與乙作為一個系統,在乙接到箱子的過程中,也只有內力,不受外力作用;將甲、箱子、乙作為一個系統,該系統動量也守恒.
另一個關鍵點是甲、乙兩小孩不相碰的臨界條件是:甲推出箱子后與乙接到箱子后的速度相等.
[解答]甲與箱子系統動量守恒 ,以甲與箱子原運動方向為正方向
(M+m)V0=MV1+Mv
乙與箱子的動量也守恒
(mV—MV0)=(m+M)V2
要使兩小孩不相碰,需滿足條件 V1=V2
解得 V=5.2m/s
二、.驗證動量守恒定律實驗探究
通過實驗探究和理論分析理解動量守恒定律,如通過實驗探究不受外力或受合外力為零的系統,兩個相互作用的滑塊碰撞前后系統的總動量是否保持不變,并運用動量守恒定律分析一維碰撞現象和反沖問題,如,解釋火箭為什么會升空?宇航員如何實現在太空行走?等等。
【例1】質量為M的船靜止在湖上,船身長為L,船兩頭分別站著質量為m1和m2的人(m1>m2).若這兩人互換位置,則船身移動的位移大小是多少?
【例2】一門舊式大炮,炮身的質量是1000kg,水平發射一枚質量是2.5kg的炮彈,如果炮彈從炮筒飛出的速度是600m/s。則炮身后退的速度為____.
提示:動量近似守恒的條件:合外力不為零但為有限值,且Δt→0,且過程中導致系統內物體動量轉移的內力遠大于外力。譬如此題情況下的地面摩擦力的沖量在時間極短時就可忽略.
解:把炮身和炮彈看成一系統,系統在發射過程中水平方向上受地面摩擦力,因時間極短,其沖量可忽略。則水平方向動量近似守恒。有0=mv+MV,解得V=-mv/M=-1.5m/s,負號表示炮身的速度與炮彈的速度方向相反。
【例3】A、B兩滑塊在一水平長直氣墊導軌上相碰。用頻閃照相機在t0 = 0,t1 = △t,t2 = 2△t,t3 = 3△t各時刻閃光四次,攝得如圖所示照片,其中B像有重疊,且在第一次閃光時,滑塊A恰好通過x = 55cm處,mB = 3mA / 2,由此可判斷( 答案:B )
A.碰前B靜止,碰撞發生在60cm處,t = 2.5△t時刻
B.碰后B靜止,碰撞發生在60cm處,t = 0.5△t時刻
C.碰前B靜止,碰撞發生在60cm處,t = 2.5△t時刻
D.碰后B靜止,碰撞發生在60cm處,t = 2.5△t時刻 A A A A B B 0 10 20 30 40 50 60 70 x / cm
【例4】如圖(a)所示,在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車,甲車系一穿過打點計時器的紙帶,當甲車受到水平向右的沖量時,隨即啟動打點計時器,甲車運動一段距離后,與靜止的乙車發生正碰并粘在一起運動,紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車運動情況如圖8—7—13(b)所示,電源頻率為50 Hz,則碰撞前甲車運動速度大小為_______m/s,甲、乙兩車的質量比m甲∶m乙=_______.?
【解析】 碰前甲車做勻速運動,由紙帶可求得甲車碰前的速度為v1=m/s= 0.6 m/s.碰后甲、乙一起做勻速運動,速度為v2== 0.4 m/s.由動量守恒定律得 m甲v1=(m甲+m乙)v2,甲、乙兩車質量之比為.?
【答案】 0.6;2∶1?
【例5】在“碰撞中的動量守恒”實驗中,已測得A、B兩小球質量mA【解析】 在該實驗中,O′點是被碰小球碰后做平拋運動的起點的投影,而被碰小球是質量小的球,故O′是A球球心的投影點.由圖可知=10 cm,=18 cm,=24 cm,則碰撞過程中A、B兩球的動量守恒,則有mB=mB+mA,所以A、B兩球的質量之比為
【答案】 A;1∶3?
彈性碰撞和非彈性碰撞、反沖運動
1.碰撞
(1)什么是碰撞現象
在兩個或幾個物體相遇時,若它們之間的相互作用僅持續一個極為短暫的時間,這種現象稱為碰撞.
譬如:兩小球的相碰,子彈射入木塊,車輛的掛接(如:系在繩子兩端的物體將彎曲的繩子拉緊),分子、原子之間的相互作用過程(如:中子轟擊原子核)等.
(2)碰撞現象的特點
作用時間短;相互作用力大(外力通常可以忽略不計);
物體的狀態(速度、動量)變化明顯,但作用前后沒有明顯的位移(通常可以忽略).
(3)碰撞過程
以彈性正碰為例:設兩小球A、B的質量分別為m1、m2,碰前速度為v1、v2,碰后速度為v1′、v2′,碰撞過程中的幾個狀態如圖所示:
a b c d e
(4)三種碰撞模型的特點和規律:
彈性碰撞
非彈性碰撞
完全非彈性碰撞
系統 受力特點
只有彈力
除彈力外 還有摩擦力等耗散力
只有摩擦力等耗散力
碰撞過程 及形變特點
有完整的壓縮階段和完整的恢復階段,無永久形變
有完整的壓縮階段,有部分恢復階段,有永久形變,
只有壓縮階段,沒有恢復階段,永久形變最大
碰撞后 物體的速度
不相同(v1′<v2′)
不相同(v1′<v2′)
相同(v1′=v2′=v)
碰撞過程中 系統動量
守恒
守恒
守恒
碰撞過程中 系統機械能
守恒,碰撞前后動能相等
不守恒,碰撞后動能減小
不守恒,碰撞中動能損失最多
注意:無論哪種碰撞,在碰撞過程中都必須同時遵守動量守恒定律和能量守恒定律.
(5)對彈性碰撞的研究
2.反沖運動
(1)什么是反沖運動
反沖運動是指物體通過分離出一部分物質(如:高速噴射的氣體,液體,高速彈出的固體等)并使之向某個方向高速運動,而物體本身將獲得一個相反方向的速度.
這實際上是相互作用的物體之間作用力與反作用力產生的效果.
譬如:炮彈從炮筒中飛出,炮身要向后退;火箭向后噴出氣體,火箭獲得向前的速度.
(2)特點及規律
①反沖運動的過程中,系統一般不受外力或外力的作用遠小于物體間的相互作用力,因此這個過程動量守恒.如果系統在某一方向不受外力,則在這個方向上適用動量守恒.
②反沖運動過程中,有別的能量(通過一對內力做功)轉化成機械能,因此機械能不守恒.
【例1】(1998年?全國)在光滑水平面上,動能為E0、動量大小為p0的小鋼球1與靜止小鋼球2發生碰撞,碰撞前后球1的運動方向相反。將碰撞后球1的動能和動量的大小分別記為E1、p1,球2的動能和動量的大小分別記為E2、p2,則必有( )
A.E1E0 D.p2>p0
【例2】質量相等的A、B兩球在光滑水平面上沿同一直線、同一方向運動,A球的動量是9kg·m/s,B球的動量是5kg·m/s。當A球追上B球時發生碰撞,則碰撞后A、B兩球的動量的可能值是( )
A.p(A=5kg·m/s,p(B=7kg·m/s B.p(A=4kg·m/s,p(B=10kg·m/s;
C.p(A=6kg·m/s,p(B=8kg·m/s D.p(A=8kg·m/s,p(B=6kg·m/s。
【例3】如圖,光滑的水平面上靜止放著表面光滑的表面是球面的滑塊A,小球B以速度v0向右運動,沖上滑塊,并且越過了滑塊(不考慮A、B在接觸處相互作用時的機械能損失),則滑塊將( )
A.可能向右做勻速直線運動 B.可能向左做勻速直線運動
C.可能停在原位置右側 C.可能停在原位置左側
【例4】(2007年全國理綜Ⅱ24、)用放射源釙的α射線轟擊鈹時,能發射出一種穿透力極強的中性射線,這就是所謂鈹“輻射”。1932年,查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氨(它們可視為處于靜止狀態)。測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運動的氨核和氦核的質量之比為7.0。查德威克假設鈹“輻射”是由一種質量不為零的中性粒子構成的,從而通過上述實驗在歷史上首次發現了中子。假設鈹“輻射”中的中性粒子與氫或氦發生彈性正碰,試在不考慮相對論效應的條件下計算構成鈹“輻射”的中性粒子的質量。(質量用原子質量單位u表示,1 u等于1個12C原子質量的十二分之一。取氫核和氦核的質量分別為1.0 u和14 u。)
解:設構成鈹“輻射”的中性粒子的質量和速度分別為m和v,氫核的質量為mH。構成鈹“輻射”的中性粒子與氫核發生彈性正碰,碰后兩粒子的速度分別為v/和vH/。由動量守恒與能量守恒定律得:
mv=mv′+mHvH′

解得:
同理,對于質量為mN的氮核,其碰后速度為

可求得:
根據題意可知: vH′=7.0vN′
解得: m=1.2u
【例5】云室處在磁感應強度為B的勻強磁場中,一靜止的質量為M的原于核在云室中發生一次衰變,粒子的質量為,電量為q,其運動軌跡在與磁場垂直的平面內,現測得粒子運動的軌道半徑R,試求在衰變過程中的質量虧損。
分析與解 該衰變放出的粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,其軌道半徑R與運動速度的關系,由洛侖茲力和牛頓定律可得 ①
由衰變過程動量守恒得(衰變過程虧損質量很小,可忽略不計):

又衰變過程中,能量守恒,則粒子和剩余核的動能都來自于虧損質量即

聯立①②③解得:
點評 動量守恒和能量守恒是自然界普遍適用的基本規律,無論是宏觀領域還是微觀領域,我們都可以用上述觀點來解決具體的問題。
主題二:波粒二象性
考點學習要求:
102、量子論的建立 黑體與黑體輻射
了解黑體和黑體輻射。
體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。
103、光電效應 光子說 光電效應方程
知道光電效應,通過實驗了解光電效應實驗規律。
了解愛因斯坦光子說,并能夠用它來解釋光電效應現象。
知道愛因斯坦光電效應方程,并能利用它解決一些簡單問題。
104、康普頓效應
了解康普頓效應。
了解光子理論對康普頓效應的解釋。
認識到康普頓效應進一步證明了光的粒子性。
105、光的波粒二象性 物質波 概率波 不確定關系
根據事實說明光具有波粒二象性。了解光在哪些不同情況下會表現出粒子性或波動性。知道光是一種概率波。
了解德布羅意假說內容,知道德布羅意關系式。知道實物粒子具有波動性。不要求用德布羅意關系式進行定量計算。
知道電子云。初步了解不確定性關系。
了解人類探索光本質所經歷的曲折過程,知道人類對世界的探究是不斷深入的。
特點:
新教材增加了黑體輻射、能量量子化、康普頓效應(老教材中這三個內容是以閱讀材料的形式呈現)、不確定性關系,
概念規律方法:
一、量子論的建立 黑體與黑體輻射
黑體輻射作為普朗克提出量子說的基礎物理現象。
【例1】(07江蘇卷)2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家,以表彰他們發現了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點,下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是(答案:A C D)
A、微波是指波長在10-3m到10m之間的電磁波
B、微波和聲波一樣都只能在介質中傳播
C、黑體的熱輻射實際上是電磁輻射
D、普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
二、光電效應、光子說 光電效應方程
1、 現象:在一定頻率光的照射下,從金屬表面發射電子的現象,發出的電子叫光電子
2、規律:
Ⅰ.光電效應的瞬時性(10-9秒).
Ⅱ.每種金屬都有一個極限頻率,當入射光的頻率大于極限頻率時,才能發生光電效應
Ⅲ. 光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨入射光的頻率增大而增大
Ⅳ.當入射光的頻率大于極限頻率時,光電流的強度與入射光的強度成比
3、光子說 :光源發出的光是不連續的,而是一份一份的,每一份光叫做一個光子,光子的能量跟光的頻率成正比,即 E=h(
光子論對光電效應的解釋:
4、愛因斯坦光電效應方程: Ek=h(-W
5、應用:
對基本概念的理解
【例2】(03上海)愛因斯坦由光電效應的實驗規律,猜測光具有粒子性,從而提出光子說。從科學研究的方法來說,這屬于(答案:C)
A.等效替代 B.控制變量 C.科學假說 D.數學歸納
【例3】已知能使某金屬產生光電效應的極限頻率為ν0 (答案:A B)
當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時,一定能產生光電子
當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時,所產生的光電子的最大初動能為hν0
照射光的頻率ν大于ν0時,若ν增大,則逸出功增大
D.照射光的頻率ν大于ν0時,若ν增大一倍,則光電子的最大初動能也增大一倍
【例4】現有a、b、c三束色光,其波長λa>λb>λc。用b 光照射某種金屬時,恰能發生光電效應。若分別用a光束和c光束照射該金屬,則可以斷定 (答案:A)
A.a光束照射時,不能發生光電效應
B.c光束照射時,不能發生光電效應
C.a光束照射時,釋放的光電子數目多
D.c光束照射時,釋放的光電子的最大初動能最小
【例5】(03上海)在右圖所示的光電管的實驗中,發現用一定頻率的A單色光照射光電管式,電流表指針會發生偏轉,而用另一頻率的B單色光照射時不發生光電效應,那么(答案:AC)
A.A光的頻率大于B光的頻率
B.B光的頻率大于A光的頻率
C.用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是a流向b
D.用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是b流向a
【例6】研究光電效應規律的裝置如圖所示,以頻率為Ν的光照射光電管陰極K時,有光電子產生,由于光電管K、A間加的是反向電壓,光電子從陰極K發射后將向陽極A作減速運動。光電流I 由圖中電流計G測出,反向電壓U 由電壓表V測出。當電流計示數為零時,電壓表的示數稱為反向截止電壓U0。在下列表示光電效應實驗規律的圖象中,錯誤的是(答案:B)


【例7】(03天津理綜)如圖,當電鍵K斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發現電流表讀數不為零。合上電鍵,調節滑線變阻器,發現當電壓表讀數小于0.60V時,電流表讀數仍不為零;當電壓表讀數大于或等于0.60V時,電流表讀數為零。由此可知陰極材料的逸出功為 (答案:A)
A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV
三、康普頓效應
圖17.3-5康普頓效應
1923年康普頓在做 X 射線通過物質散射的實驗時,發現散射線中除有與入射線波長相同的射線外,還有比入射線波長更長的射線,其波長的改變量與散射角有關,而與入射線波長和散射物質都無關。只有當入射波長(0與(c(稱為電子的Compton波長)可比擬時,康普頓效應才顯著,因此要用X射線才能觀察到康普頓散射,用可見光觀察不到康普頓散射。
康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的結果。具體解釋如下:1. 若光子和外層電子相碰撞,光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少,于是散射光的波長大于入射光的波長。2. 若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞,光子將與整個原子交換能量,由于光子質量遠小于原子質量,根據碰撞理論, 碰撞前后光子能量幾乎不變,波長不變。3. 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關,所以波長改變和散射角有關。
光電效應表明光子具有能量,康普頓效應表明光子既有能量又有動量。
【例8】如圖所示為康普頓效應示意圖,光子與一個靜止的電子發生碰撞,圖中標出了碰撞后電子的運動方向。設碰前光子頻率為v,碰后為v′,則關于光子碰后的運動方向和頻率的說法中正確的是(答案:B) ( )
A.可能沿圖中①方向
B.可能沿圖中②方向
C.v= v′
D.v< v′
粒子不一定出現在A1、A2的位置
四、光的波粒二象性、 物質波、概率波、不確定關系
1、光的波粒二象性
光子能量: E=h( 光子動量: P=h/λ 光子質量: m=E/c2=hλ/c
2、物質波
任何一個運動著的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波與它對應,波長λ是 λ=h/p
3、不確定性關系
是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統計規律的必然結果。不確定關系式表明:
(1)微觀粒子的坐標測得愈準確(( x(0) ,動量就愈不準確((p(() ;
微觀粒子的動量測得愈準確((p(0) ,坐標就愈不準確(( x(() 。
但這里要注意,不確定關系不是說微觀粒子的坐標測不準;也不是說微觀粒子的動量測不準;更不是說微觀粒子的坐標和動量都測不準;而是說微觀粒子的坐標和動量不能同時測準。
(2)為什么微觀粒子的坐標和動量不能同時測準?
這是因為微觀粒子的坐標和動量本來就不同時具有確定量。這本質上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。不確定關系是自然界的一條客觀規律,不是測量技術和主觀能力的問題。
(3)不確定關系提供了一個判據:當不確定關系施加的限制可以忽略時,則可以用經典理論來研究粒子的運動。當不確定關系施加的限制不可以忽略時,那只能用量子力學理論來處理問題。
4.微觀粒子和宏觀物體的特性對比

宏觀物體
微觀粒子
具有確定的坐標和動量,可用牛頓力學描述
沒有確定的坐標和動量,需用量子力學描述
有連續可測的運動軌道,可追蹤各個物體的運動軌跡
有概率分布特性,不可能分辨出各個粒子的軌跡
體系能量可以為任意的、連續變化的數值
能量量子化
不確定性關系無實際意義
遵循不確定性關系
【例9】(2006 年上海卷)人類對光的本性的認識經歷了曲折的過程,下列關于光的本性的陳述符合科學規律或歷史事實的是(答案:BCD)
A.牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質上是一樣的
B.光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性
C.麥克斯韋預言光是一種電磁波
D.光具有波粒二象性
主題三:原子結構
教材特征分析:
本主題向大家展示了科學家探索原子結構的艱辛歷程和所應用的科學研究方法:1897年,湯姆孫用測定比荷實驗法發現了電子,導致了人們對原子內部結構的探索。湯姆孫建立了原子的棗糕模型,但它不能解釋α粒子散射實驗。于是,盧瑟福于1911年提出了原子的核式結構模型,成功地解釋了α粒子散射實驗,但它在解釋原子光譜現象時遇到困難。1913年玻爾提出了量子化的原子模型,成功地解釋了氫原子光譜現象,但對于其他元素更為復雜的光譜,該模型卻卻不能很好的解釋。人們從量子化的原子模型的成功與不足中認識到玻爾理論是一種半經典的量子論,還必須對它進行改造和完善,建立一種新的理論。從湯姆孫到盧瑟福再到玻爾,科學家對原子結構的認識和探索是不斷深入的(圖90)。
考點學習要求:
106、原子核式結構模型
知道α粒子散射實驗的原理及實驗結果。
通過盧瑟福原子核式結構模型的建立過程,體會科學家進行科學探究的方法。
107、氫原子光譜
通過對氫原子的光譜分析,了解光譜分析在科學技術中的應用。
108、原子的能級
了解原子的能級結構,了解原子能級的量子化。
了解微觀世界中的量子化現象。
概念規律方法:
一、原子核式結構模型
1.(粒子散射實驗
裝置:如圖所示
現象:絕大部分α粒子穿過金箔后沿原方向進行,少數α粒子發生大角度偏轉,極少數α粒子的偏轉角超過了90(,個別的甚至被反向彈回.
2.盧瑟福核式結構模型的內容
在原子的中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里,帶負電的電子在核外的空間運動.
〖例1〗(1986年高考全國卷)盧瑟福提出原子的核式結構學說的根據是,在用α粒子轟擊金箔的實驗中發現,α粒子( 答案:B ) A.全部穿過或發生很小偏轉 B.絕大多數穿過,只有少數發生很大偏轉,甚至極少數被彈回 C.絕大多數發生很大的偏轉,甚至被彈回,只有少數穿過 D.全都發生很大的偏轉
〖例2〗盧瑟福α粒子散射實驗的結果(答案:C ) A.證明了質子的存在 B.證明了原子核是由質子和中子組成的 C.說明原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核上 D.說明原子中的電子只能在某些不連續的軌道上運動
二、氫原子光譜
1、原子光譜:稀薄氣體通電時只能發出幾種確定頻率的光,通過分光鏡得到的光譜是幾條分立的亮線,而且不同氣體光譜的亮線位置不同,這種分立的線狀光譜叫做原子光譜。
2、盧瑟福的核式結構與經典電磁理論的矛盾
繞核旋旋轉的電子要不斷向外輻射電磁波,能量不斷減小,軌道半徑不斷減小
核式結構得出原子光譜是含一切波長的連續光譜,而實際上原子發光是不連續的
三、玻爾的原子模型、能級
1.軌道量子化與能量量子化:
圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值,這種現象稱為軌道量子化。不同的軌道對應著不同的狀態,在這些狀態中,盡管電子做變速運動,卻不向外輻射能量,因此這些狀態是穩定的;原子在不同的狀態中具有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的.
2.氫原子的軌道和能級
原子的可能狀態是不連續的,各種狀態對應的能量值叫做能級.右圖為氫原子的能級圖.
能量最低的狀態叫基態,其他狀態叫激發態.
軌道:基態軌道半徑為r1==0.053nm, 量子數為n的激發態軌道半徑為rn=n2r1.
基態能量為E1=-13.6eV,
3.光子的發射與吸收
原子處于基態時最穩定,處于較高能級時會自發地向較低能級躍遷,經過一次會幾次到達基態,躍遷時以光子的形式放出能量;原子在吸收了光子后則從較低能級向較高能級躍遷.原子在始、末兩個能級Em和En間躍遷時發射或吸收的光子的頻率?由下式決定: h?=Em-En (m>n時發射光子,m<n時吸收光子)

4.關于原子躍遷的問題
  (1)區別是“一群原子”還是“一個原子”,是“直接躍遷”還是“間接躍遷”,是“躍遷”還是“電離”,是“入射的光子”還是“入射的電子”。
(2)把握各情況所遵循的規律。如:
“一群原子”在題設條件下各種躍遷的可能性都有;而“一個原子”只能沿題設條件下可能情況的一個途徑進行躍遷。
“直接躍遷”只能對應一個能級差,發射一種頻率的光子。“間接躍遷”能對應多個能級差,發射多種頻率的光子。
“躍遷”時輻射或是吸收光子的能量由兩個定態的能級差決定,而“電離”時如在第n到n=∞所需要的能量,即:0-=-(對于氫原子.E1=-13.6eV)
若是“入射的光子”,光子的能量需等于兩個定態的能級差,才能引起原子躍遷;若是“人射的電子”,則要求電子的能量大于或等于兩個定態的能級差,才能躍遷。
【例1】玻爾在提出他的原子模型中所做的假設有(答案:ABC ) A.原子處于稱為定態的能量狀態時,雖然電子做加速運動,但并不向外輻射能量 B.原子的不同能量狀態與電子沿不同圓軌道繞核運動相對應,而電子的可能軌道分布是不連續的 C.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道,需要吸收或輻射一定頻率的光子 D.電子躍遷時輻射光子頻率等于電子繞核圓運動的頻率
【例2】對玻爾理論的評價和議論,正確的是(答案:ABC ) A.玻爾理論的成功,說明經典電磁理論不適用于原子系統 B.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規律,為量子力學的建立奠定了基礎 C.玻爾理論的成功之處是引入量子觀念 D.玻爾理論的成功之處,是它保留了經典理論中的一些觀點,如電子軌道的概念
【例3】氫原子的能級如圖所示,已知見光的光子能量范圍約為1.62EV~3.11 EV,下列說法錯誤的是 (答案:D)
處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發生電離
大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發出的光具有熱效應
大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發出6種不同頻率的光
D.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發出3種不同頻率的光
【例4】(04北京)氦原子被電離一個核外電子,形成類氫結構的氦離子。已知基態的氦離子能量為,氦離子能級的示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子中,不能被基太氦離子吸收而發生躍遷的是(答案:B)
A. 40.8eV B. 43.2eV
C. 51.0eV D. 54.4eV
【例5】(2003年江蘇卷)原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時,有可能不發射光子。例如在某種條件下,鉻原子的能級上的電子躍遷到能級時并不發射光子,而是將相應的能量轉交給能級上的電子,使之能脫離原子,這一現象叫俄歇效應。以這種方式脫離了原子的電子叫俄歇電子。已知鉻原子的能級公式可簡化表示為,式中、2、表示不同能級,A是正的常數,上述俄歇電子的動能是:(答案:C)
A、 B、 C、 D、
*【例6】(2004江蘇)若原子的某內層電子被電離形成空位,其他層的電子躍遷到該空位位時,會將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來,此電磁輻射就是原子的特征X射線。內層空位的產生有多種機制,其中的一種稱為內轉換,即原子中處于激發態的核躍遷回基態時,將躍遷時釋放的能量交給某一內層電子,使此內層電子電離而形成空位(被電離的電子稱內轉換電子),的原子核從某一激發態回到基態時,可能將能量交給內層電子,(如K、L、M層電子,K、L、M標記原子中最靠近核的三個電子層)使其電離,實驗測得從原子的K、L、M層電離出的電子的動能分別為,EL=1.399MEV,EM=1.412MEV,則可能發射的特征X射線的能量為:( 答案:A、C)
A、0.013MEV B、0.017MEV C、0.076MEV D、0.093MEV

【例7】(07江蘇卷)μ子與氫原子核(質子)構成的原子稱為μ氫原子(hydrogen muon atom),它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子,μ氫原子吸收光子后,發出頻率為г1、г2、г3、г4、г5、和г6的光,且頻率依次增大,則E等于( 答案:C)
A、h(г3-г1 ) B、 h(г5+г6) C、hг3 D、hг4
【例8】(04全國理綜)現有1200個氫原子被激發到量子數為4的能級上,若這些受激氫原子最后都回到基態,則在此過程中發出的光子總數是多少?假定處在量子數為n的激發態的氫原子躍遷到各較低能級的原子數都是處在該激發態能級上的原子總數的。( 答案:A)
A.2200 B.2000 C.1200 D.24 00
【例9】(04廣東) 圖示為氫原子的能級圖,用光子能量為13.07eV的光照射一群處于基態的氫原子,可能觀測到氫原子發射的不同波長有多少種( 答案:A)
15 B.10 C.4 D.1
【例10】在X射線管中,由陰極發射的電子被加速后打到陽極,會產生包括X光在內的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差U、普朗克常數H、電子電量E和光速C,則可知該X射線管發出的X光的 (答案:D)
A.最短波長為 B.最長波長為h
C.最小頻率為 D.最大頻率為
【例11】根據玻爾理論,某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E'的軌道,輻射出波長為λ的光。以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則E'等于(答案:C )
A.E -h B.E +h
C.E -h D.E +h
主題四:原子核
考點學習要求:
109、原子核的組成
了解質子、中子的發現過程,了解原子核的組成。
知道質量數、質子數、中子數、核子數、核電荷數、原子序數等概念及其數量關系。
110、原子核的衰變、半衰期
了解天然放射現象。知道放射現象中三種射線的本質及特性。了解衰變、衰變,會寫衰變方程。
會用半衰期描述衰變的快慢,知道半衰期的統計意義。不要求用半衰期公式進行定量計算。
111、放射性的應用與防護 放射性同位素
知道射線的危害與防護,知道放射性同位素的概念,了解放射性同位素的應用。
112、核力與結合能 質量虧損
知道核力的存在,了解核力的性質。能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。
知道結合能和質量虧損的概念。
了解愛因斯坦質能方程,會用質能方程進行簡單計算。
113、核反應方程
知道質子、中子、電子、正電子等基本粒子符號,會寫常見核反應方程。
114、重核裂變 核聚變
知道鈾核裂變。知道鏈式反應的發生條件。會寫鈾核裂變的核反應方程,會根據質量虧損計算釋放的核能。
了解核反應堆的基本原理。知道核電站的工作模式。了解人類和平利用核能的進程,思考科學技術與社會發展的關系。
了解聚變的特點及條件,會寫聚變方程。了解受控熱核反應,關注受控熱核反應的研究及其發展。
概念規律方法:
一、原子核的組成
1.組成:
原子核由質子和中子組成(統稱核子),原子核所帶的電荷都是質子電荷的整數倍.
2.表示方法:、
核電荷數(或質子數)——Z:代表原子核的電荷量
質量數(質子數與中子數之和)——A:代表原子核的質量
例如:、(或)、、、.
3.同位素:具有相同質子數,中子數不同的原子在元素周期表中處于同一位置,互稱同位素
二、原子核的衰變、半衰期
1.天然放射現象、衰變
天然放射現象中的射線
粒子
特性
α射線
(正電)
貫穿本領小(空氣中射程只有幾厘米),電離本領強,速度為c/10
β射線
(負電)
貫穿本領大(能穿透幾毫米的鉛板)電離作用較弱,速度為9c/10
γ射線
高能光子(中性)
貫穿本領很大(能穿透幾厘米的鉛板),電離作用很小
注意:α衰變與β衰變不會同時發生,而γ射線有時伴隨α或β衰變發生。
2.半衰期
放射性元素的原子核有半數發生衰變所需要的時間稱為半衰期.是大量放射性元素原子核衰變統計規律.不同的放射性元素的半衰期是不同的,但對于確定的放射性元素,其半衰期是確定的.它由原子核的內部因素所決定,跟元素的化學狀態、溫度、壓強等因素無關.
三、核力和核能
1.核力:核子之間的相互作用力,是短程力、強相互作用
2.核能:由于核子間存在著強大的核力,所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時,都伴隨著巨大的能量變化,這些變化的能量,稱為核能.
3.質量虧損:原子核的質量小于組成它的核子質量之和.質量虧損.
4.質能方程 E=mc2 式中ΔE為核能
ΔE=Δm c2 式中Δm為質量虧損
注意:有些核反應是放能反應,也有一些核反應是吸能反應。
核反應
1.類型有:Ⅰ天然放射現象、衰變、Ⅱ人工轉變、Ⅲ裂變、Ⅳ聚變
2.核反應方程遵循電荷數守恒和質量數守恒
3.核反應方程式的配平及、衰變次數的確定:
根據質量數和電荷數守恒:(1)先配質量數再配電荷數
(2)列方程A=A/+4n, Z=Z/+2n-m求解
4.人工轉變
質子的發現 (裝置)
中子的發現 (裝置)
同位素的發現 (裝置)

五、重核裂變 核聚變
1.裂變
把重核分裂成質量較小的核,釋放出的核能的反應,叫裂變
典型的裂變反應是:
U+n  Sr+Xe+10n
2.輕核的聚變
把輕核結合成質量較大的核,釋放出的核能的反應叫輕核的聚變.聚變反應釋放能量較多,典型的輕核聚變為:
H+H He+n
3.鏈式反應
一個重核吸收一個中子后發生裂變時,分裂成兩個中等質量核,同時釋放若干個中子,如果這些中子再引起其它重核的裂變,就可以使這種裂變反應不斷的進行下去,這種反應叫重核裂變的鏈式反應
4.關于核能的計算問題
(1)根據質量虧損計算核能
用△E=△m·c2計算,△E=△m×931.5eV。
(2)根據動量守恒和能量守恒計算核能。
多見于靜止的原子核在磁場中衰變的情況
【例1】下列說法正確的是 (答案:BCD)
A.康普頓發現了電子
B.盧瑟福提出原子的核式結構模型
C.貝克勒爾發現了鈾和含鈾礦物的天然放射現象
D.倫琴發現了X射線
【例2】(04青海甘肅)在核反應方程式中( 答案:B )
A.X是中子,k=9
B.X是中子,k=10
C.X是質子,k=9
D.X是質子,k=10
【例3】某核反應方程。已知 的質量為2.0136u,的質量為3.0180u,的質量為4.0026u,X的質量為1.0087u。則下列說法正確的是 (答案 B)
A.X是質子,該反應釋放能量 B。X是中子,該反應釋放能量
C。X是質子,該反應吸收能量 D。X是中子,該反應吸收能量
【例4】衰變為的過程中,下列說法中正確的是 (答案:ABD)
A.經過8次α衰變、6次β衰變   B.中子數少了22個              
C.質子數少了16個       D.有6個中子變為質子
某原子核吸收一個中子后,放出一個電子,分裂為兩個Α粒子。由此可知(答案:A)
A. A=7,Z=3 B. A=7,z=4 C.A=8, Z=3 D.A=8,Z=4
【例5】(06全國卷II)現有三個核反應 (答案: C)
① ② ③
A.①是裂變,②是β衰變,③是聚變 B.①是聚變,②是裂變,③是β衰變。
C.①是β衰變,②是裂變,③是聚變 D。①是β衰變,②是聚變,③是裂變
【例6】(06廣東卷)據新華社報道,由我國自行設計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調試。下列關于“人造太陽”的說法正確的是(答案:AC )
A.“人造太陽”的核反應方程是
B.“人造太陽”的核反應方程是
C.“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是
D.“人造太陽”核能大小的計算公式是
【分析】釋放的能量大小用愛因斯坦的質能方程計算。有的考生不能區分裂變 和聚變,得出錯誤的答案 B。屬于容易題。
【例7】(03春季)下面是一核反應方程用c表示光速,則 (答案:D)
A .X是質子,核反應放出的能量等于質子質量乘c2
B .X是中子,核反應放出的能量等于質子質量乘c2
C.X是質子,核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和,再乘c2
D. X是中子,核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子的質量和,再乘c2
【例8】(04廣東)中子n、質子p、氘核D的質量分別為現用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解,反應的方程為: ,若分解后中子、質子的動能可視為相等,則中子的動能是:
A. B.
C. D.
【例9】天文學家測得銀河系中氦的含量約為25%,有關研究表明,宇宙中氦的生成途徑有兩條;一是宇宙誕生后3分鐘生成的;二是宇宙演化到恒星誕生后,由恒星內部的氫核聚變反應生成的。
(1)把氫核聚變反應簡化為4個氫核()聚變成氦核(),同時放出2個正電子()和兩個中微子(ΝE),請寫出氫核聚變反應方程,并計算一次反應釋放的能量。
(2)研究表明,銀河系的年齡約為T=3.8×1017S,每秒鐘銀河系產生的能量約為1×1037J(即P=1×1037J/S。現假定能量全部來自上述氫核聚變反應,試估算銀河系中氦的含量(最后結果保留一位有效數字)
(3)根據你的估算結果,對銀河系中氦的生成途徑作出判斷。
(可能用到的數據:銀河系質量M=3×1041KG,原子質量單位1U=1.66×10-27KG,1U相當于1.5×10-10J的能量,電子質量ME=0.0005 U,氦核的質量MΑ=4.0026 U,氫核的質量,MP=1.0078 U,中微子的質量ΝE為零)
答案、(1),△m=4mp-mα,△E=△mC2=4.14×10-12J
(2) 氦的含量
(3)由估算結果可知遠小于5%的實際含值,所以銀河系中氦主要是宇宙誕生后不久生成的
【例10】(02全國理綜)15.目前普遍認為,質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電量為e,d夸克帶電量e,e為基元電荷。下列論斷可能正確的是
A 質子由1個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
B 質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
C 質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成
D 質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和1個d夸克組成
【例11】(03全國理綜)K介子衰變的方程為Kπ,其中K介子和π介子帶負電的基元電荷,π0介子不帶電。一個K介子 沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中,其軌跡為圓弧AP,衰變后產生π介子的軌跡為圓弧PB,兩軌跡在P點相切,它們的半徑和之比為2∶1。π0介子的軌跡未畫出。由此可知π介了的動量與π0的動量大小之比為 (答案:C)
A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 1∶6
【例12】(02年廣東、河南)如下一系列核反應是在恒星內部發生的,
p + , + e+
p + , p +
+ e+ , p + +
其中p為質子,為粒子,e為正電子,為一種中微子。已知質子的質量為m=1.672648×10kg,粒子的質量為m=6.644929×10kg,正電子的質量為m=9.11×10kg,中微子的質量可忽略不計。真空中的光速c=3×10m/s。試計算該系列核反應完成后釋放的能量。
[解答]:為求出該系列反應后釋放的能量,將題中所給的諸核反應方程式左右兩側分別相加,消去兩側相同的項,該系列反應最終等效為
4p + 2 e+ 2
求出上式中的質量虧損,最終可以求得釋放的能量為3.95×10J

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