高三物理一轮复习第13章波粒二象性原子结构原子核章末检测(新)

2019年高考高三物理波粒二象性、原子结构、原子核单元总结与测知识网络学习重点和难点1、光电效应现象的基本规律。

在光电效应中（1）对光的强度的理解，（2）发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比，此处是难点之一；2、玻尔模型中能级的跃迁及计算。

在玻尔原子模型中能级的跃迁问题以及量子化的提出也是难点之一；3、原子核的衰变问题以及核能的产生与计算是本部分重点。

核能的计算与动量和能量的结合既是重点又是难点，要处理好。

知识要点知识梳理知识点一——光的本性1、光电效应（1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率（2）入射光频率决定每个光子的能量决定光子逸出后最大初动能（3）入射光强度决定每秒逸出的光子数决定光电流的大小（4）爱因斯坦光电效应方程2、光的波粒二象性光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。

（1）大量光子的传播规律体现波动性；个别光子的行为体现为粒子性。

（2）频率越低，波长越长的光，波动性越显著；频率越高，波长越短的波，粒子性越显著。

（3）可以把光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。

知识点二——原子核式结构1、α粒子散射α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°，有的甚至被弹回。

2、核式结构模型原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

原子半径大约为10-10m，核半径大约为10-15～10-14 m。

知识点三——氢原子跃迁对氢原子跃迁的理解：1、原子跃迁的条件原子从低能级向高能级或从高能级向低能级跃迁时吸收或放出恰好等于发生跃迁时的两能级间的能级差的光子；当光子的能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的动能；原子还可吸收实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于或等于两能级的差值，均可使原子发生能级跃迁。

第2讲光电效应波粒二象性一、普朗克能量子假说黑体与黑体辐射1．黑体与黑体辐射（1)黑体:如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体．(2）黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．2．普朗克能量子假说当带电微粒辐射或吸收能量时,是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小能量值ε叫做能量子．ε＝hν。

二、光电效应及其规律1．光电效应现象在光的照射下,金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的极限频率．3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等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无关,只随入射光频率的增大而增大．(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.(4）当入射光的频率大于等于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．4．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子,光子的能量ε＝hν。

(2)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值．(3)最大初动能：发生光电效应时,金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．(4）光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0。

②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．三、光的波粒二象性物质波1．光的波粒二象性(1)波动性:光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性,又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波（1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．（2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长λ＝错误!，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．1．判断下列说法是否正确．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．(×)(2)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功．(√）(3）光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．（×）（4）光的频率越高，光的粒子性越明显,但仍具有波动性．（√）(5）德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律．(×）（6）美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性．(√)(7）法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性．(√）2．（多选）如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（)图1A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电答案BC3．（多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时,若光的频率仍大于等于极限频率，则仍会发生光电效应,选项C错误；根据hν－W逸＝错误!mv2可知,增加入射光频率，光电子的最大初动能增大，故选项D正确．4．有关光的本性，下列说法正确的是(）A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性,无法只用其中一种性质去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案D5．黑体辐射的规律如图2所示，从中可以看出，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都________（填“增大”“减小"或“不变)，辐射强度的极大值向波长________（填“较长"或“较短”）的方向移动．图2答案减少较长解析由题图可知,随着温度的降低，相同波长的光辐射强度都会减小;同时最大辐射强度向右侧移动,即向波长较长的方向移动。

第1节波粒二象性（建议用时：40分钟）1.关于光子的能量，下列说法中正确的是（）A.光子的能虽跟它的频率成反比B.光子的能量跟它的频率成正比C.光子的能疑跟它的速度成正比D.光子的能疑跟它的速度成反比B [光子的能虽由此可知，光子的能量与光的频率成正比，B正确.]2.在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是（）A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大，光电子最大初动能越大C [光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性.因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误.]3.（多选）在光电效应实验中，用频率为v的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是（）A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于v的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大AD [增大入射光的强度，单位时间内照射到单位而积的光子数增加，则光电流将增大, 故选项A正确：光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，故选项B 错误.用频率为》的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据Q _戶討可知，增加入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.]4.根据爱因斯坦光子说，光子能量厅等于（力为普朗克常量，c、人为真空中的光速和波长）（）【导学号:81370423]C. h AA [根据E=h v,“=+得：E=石,故A对.]5.用频率为》的光照射某金属表而时，逸岀的光电子的最大初动能为E：若改用频率为3 $的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为（）C. 3A v-ErD. 2h“+煤D [由爱因斯坦光电效应方程可知反=h・3#—届，所以E' =2h v +6.（多选）关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是（）A.不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特泄的运动轨道C.波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物的运动有特左的轨道，所以实物不具有波粒二彖性ABC [由徳布罗意波可知A、C对：运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B对：由徳布罗意理论知，宏观物体的徳布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D错.]7.（多选）根据物质波理论，以下说法中正确的是（）A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B.宏观物体和微观粒子都具有波动性C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显BD [一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A选项错误，B选项正确：宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，所以C选项错误：速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，所以D选项正确.]8.（多选）在单缝衍射实验中，中央亮条纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上, 假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（）【导学号：81370424]A.一泄落在中央亮条纹处B.一泄落在亮条纹处C.可能落在暗条纹处D.落在中央亮条纹处的可能性最大CD [根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确龙的，但概率最大的是落在中央亮条纹处•当然也可能落在其他亮条纹处，还可能落在暗条纹处，不过, 落在暗条纹处的概率很小，故C、D选项正确.]9.（多选）如图13-1-4所示,电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）图13-1-4A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间短D.电源正、负极接反BD [入射光波长太长，入射光的频率低于截I匕频率时，不能发生光电效应，故选项B 正确：电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确.]10.研究光电效应的电路如图13-1-5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Z 与A、K之间的电压弘的关系图象中，正确的是（）图13-1-5C [由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，选项A、B错误：发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸岀的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以C正确，D错误.]11.（多选）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（）【导学号：81370425]A.光电效应现彖揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辎射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子，它们的徳布罗意波长也相等AB [光电效应说明光的粒子性，所以A正确：热中子束在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C 错误；根据徳布罗意波长公式久=2产=2也，又质子的质捲大于电子的质量,P所以动能相等的质子和电子，质子的徳布罗意波波长较短，所以D错误.]12.（多选）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是（）A.遏止电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功ACD [同一束光照射不同的金属，一泄相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出 功不同，根据光电效应方程冬=力”一屁知，最大初动能不同，则遏止电压不同：同一束光 照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的.]13. （多选）分别用波长为人和2久的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速 度之比为2 ： 1,普朗克常量和真空中光速分別用力和c 表示，那么下列说法正确的是（）A. 该种金属的逸出功为养B. 该种金属的逸出功为芋C. 波长超过2久的光都不能使该金属发生光电效应D. 波长超过4久的光都不能使该金属发生光电效应~ =05+3201^, 乂 Vi =2v*,得爲=—,A il". 确，B 错误.光的波长小于或等于3人时都能发生光电效应，C 错误.]14. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Q 与入射光的频率a 的关系如图13-1-6所示.若该直线的斜率和截距分别为&和b 电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表 示为 ，所用材料的逸出功可表示为 _______________________ •图 13-1-6【解析】 根据光电效应方程E a =hv-W.及艮=虫得良=丄一匹,故占=厶6=--> e e ee得 h=ek, %= — eb.[>■】ek — eb15. 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为 九，该金属的逸出功为______ •若用波长为人（久<人。

第3节 原子核考点一| 原子核的组成 放射性元素的衰变1．天然放射现象 (1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)三种射线名称 构成 符号 电离能力贯穿本领 α射线 氦核 42He 最强 最弱 β射线 电子 0－1e较强 较强 γ射线光子γ最弱最强(3)①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 2．原子核的组成(1)原子核由质子(11H)和中子(10n)组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．(2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X 元素的原子核的符号为AZ X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数．(4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． ②分类α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：AZ X→AZ ＋1Y ＋0－1eγ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．③两个典型的衰变方程α衰变：238 92U→234 90Th＋42Heβ衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．(3)公式：N余＝N原·⎝⎛⎭⎪⎫12tτm余＝m原·⎝⎛⎭⎪⎫12tτt表示衰变时间τ表示半衰期．1．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程A Z X→A－4Z－2Y＋42HeAZ X→A Z＋1Y＋0－1e 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素A Z X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为A Z X→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e，根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m由以上两式联立解得n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．3．对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言．(2)根据半衰期的概率，可总结出公式N余＝N原⎝⎛⎭⎪⎫12tτ，m余＝m原⎝⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(3)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．1．(多选)有关原子核的知识，下列说法正确的是( )A．原子核可发生β衰变表明原子核中有电子B．放射性元素的原子核经过2个半衰期将全部衰变C．在核反应中，动量守恒D．在核反应中，质量数和电荷数都守恒CD[原子核发生β衰变的实质是核内中子转化为质子时产生的，并在转化过程中释放光子，原子核中没有电子，选项A错误；放射性元素的原子核经过2个半衰期有34发生衰变，选项B错误；在核反应中，系统动量守恒，质量数和电荷数都守恒，选项C、D正确．] 2．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图13­3­1所示，由此可推知( )【导学号：】图13­3­1A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子D[三种射线均来自于原子核内，A错误；从图中可看出，一张纸能挡住①射线，则①射线一定是α射线，其贯穿本领最差，电离能力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B 错误；铝板能挡住②，而不能挡住③，说明③一定是γ射线，其电离能力最弱，贯穿本领最强，是一种电磁波，属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子，D 正确．]3．(多选)(2016·丽水选考模拟)天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列诊断中正确的是( )A ．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核外D ．钍核比铅核多24个中子AB [由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数，2x －y＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4，钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，11n→11H ＋0－1e ，所以A 、B 正确．]4．(2016·浙江4月选考)下列说法中正确的是( ) A ．波源的频率越高，波速越大 B ．温度升高，放射性元素的半衰期不变 C ．氢原子吸收光子从低能级跃迁到高能级 D ．光发生全反射时，临界角随入射角增大而变大 答案：BC考点二| 探测射线的方法、放射性的应用与防护、粒子与宇宙1．探测射线的方法(1)射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡．(2)射线中的粒子会使照相乳胶感光． (3)射线中的粒子会使荧光物质产生荧光． 2．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．(2)放射性同位素的应用一是应用它的射线．二是作示踪原子．(3)辐射与安全人类一直生活在有放射性的环境之中，过量的射线对人体组织有破坏作用．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．3．粒子及分类(1)反粒子实验中发现，对应着许多粒子都存在质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反的粒子，这些粒子叫做反粒子．例如，电子的反粒子就是正电子．(2)粒子的分类按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类：①强子：参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子．②轻子：不参与强相互作用的粒子，最早发现的轻子是电子．③媒介子：是传递各种相互作用的粒子．(3)夸克模型的提出1964年提出的夸克模型，认为强子是由更基本的夸克组成的．对探测仪器的理解(1)威尔逊云室(2)气泡室粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹．(3)盖革－米勒计数器①优点：G－M计数器非常灵敏，使用方便．②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．1．在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害．自从发现放射线以后，就可以利用放射线进行探测，这是利用了( )A．α射线的电离作用B ．β射线的带电性质C ．γ射线的贯穿本质D ．放射性元素的示踪本领C [放射性同位素的应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向开展的，放射性同位素放出α、β、γ射线，γ射线的贯穿本领最强，可以用来金属探伤，A 、B 、D 错误，C 正确．]2．(多选)(2017·嵊州选考模拟)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A ．利用钴60治疗肿瘤等疾病B ．γ射线探伤C ．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D ．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律 答案：CD3．关于粒子，下列说法正确的是( )【导学号：】A ．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B ．强子都是带电的粒子C ．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D ．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 答案：D4．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P 放出一个正电子后变成原子核3014Si ，如图所示能近似反映正电子和Si 核轨迹的是( )B [把放出的正电子和衰变生成物Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下的运动轨迹是两个外切圆，C 、D 可排除．因为洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r.所以做匀速圆周运动的半径r ＝mv qB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141.可见正电子运动的圆半径较大．]考点三| 核力与结合能 核裂变、核聚变1．核力 (1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)特点：①核力是强相互作用的一种表现； ②核力是短程力，作用范围在×10－15m 之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用． 2．结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.4．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．(2)典型的裂变反应方程：235 92U ＋10n→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n.(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆．(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 5．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)典型的聚变反应方程：21H ＋31H→42He ＋10n ＋ MeV1．质能方程的三个易错点(1)质量亏损并不是质量消失，只是静止质量变成了运动的质量； (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的；(3)质量和能量这两个量并不可以相互转化，只是这两个量在数值上有联系．2．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)．(2)根据1原子质量单位(u)相当于兆电子伏能量，则ΔE＝Δm× MeV(Δm的单位：u,1 u＝6×10－27 kg)．(3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能．3．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U―→234 90Th＋42Heβ衰变自发234 90Th―→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He―→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be―→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He―→3015P＋10n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3015P―→3014Si＋＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H―→42He＋10n(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律．(2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号．1．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案：ABC2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表示真空中的光速)( )【导学号：】A ．(m 1＋m 2－m 3)cB ．(m 1－m 2－m 3)cC ．(m 1＋m 2－m 3)c 2D ．(m 1－m 2－m 3)c 2C [由质能方程ΔE ＝Δmc 2，其中Δm ＝m 1＋m 2－m 3 可得ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 正确．]3．(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的是( )H ＋21H→42He ＋10n 是核聚变反应 H ＋21H→42He ＋10n 是β衰变92)U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应 92)U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变AC [β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B 、D 错误；选项A 中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子，是典型的核聚变反应；选项C 中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba 原子核和一个Kr 原子核并释放出三个中子，是核裂变反应，选项A 、C 正确．]4．(2016·10月浙江选考)用中子(10n)轰击铀核(23592U)产生裂变反应，会产生钡核(14456Ba)和氪核(8936Kr)并释放出中子(10n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(23592U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV ＝×10－19J)，以下说法正确的是( )92)U 的裂变方程为23592U→14436Ba ＋8936Kr ＋10n 92)U 的裂变方程为23592U ＋10n→14436Ba ＋8936Kr ＋310n 92)U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关D ．一个23592U 裂变时，质量亏损约为×10－28kgBCD [A.由题意，23592U 的裂变方程为23592U ＋10n→14456Ba ＋8936Kr ＋310n ，故A 错误，B 正确；C.要发生链式反应，铀块体积必须大于临界体积，故与铀块体积有关，C 正确；D.根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，可得质量亏损约为×10－28kg ，故D 正确．]。

第13章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核考纲展示要求 复习定位1.动量、动量定理、动量守恒定律及其应用Ⅱ 1.本章在高考命题中有选择也有计算形式，选择题以波粒二象性及原子结构和原子核为主，而计算题的考查重点仍以典型的碰撞、相互作用模型或生活实例为背景，考查动量守恒定律的应用．动量定理作为新增Ⅱ级考点应引起重视．2．本章的复习应注意以下几方面(1)动量及动量变化量的理解，动量守恒定律的应用(2)动量守恒定律结合动量定理及能量守恒来解决碰撞、打击、反冲等问题(3)光电效应现象、实验规律和光电效应方程，光的波粒二象性及德布罗意波．(4)核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件，半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写等．2.弹性碰撞和非弹性碰撞 Ⅰ 实验：验证动量守恒定律3.光电效应Ⅰ 4.爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ 5.氢原子光谱Ⅰ 6.氢原子的能级结构、能级公式 Ⅰ 7.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 Ⅰ 8.放射性同位素 Ⅰ 9.核力、核反应方程 Ⅰ 10.结合能、质量亏损Ⅰ 11.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ12.射线的危害和防护 Ⅰ第1节 动量守恒定律及其应用一、冲量、动量和动量定理 1．冲量(1)定义：力和力的作用时间的乘积． (2)公式：I ＝Ft ，适用于求恒力的冲量． (3)方向：与力的方向相同． 2．动量(1)定义：物体的质量与速度的乘积． (2)表达式：p ＝mv .(3)单位：千克·米/秒．符号：kg·m/s.(4)特征：动量是状态量，是矢量，其方向和速度方向相同．3．动量定理(1)内容：物体所受合力的冲量等于物体动量的变化量．(2)表达式：F合·t＝Δp＝p′－p.(3)矢量性：动量变化量方向与合力的方向相同，可以在某一方向上用动量定理．二、动量守恒定律1．系统：相互作用的几个物体构成系统．系统中各物体之间的相互作用力称为内力，外部其他物体对系统的作用力叫做外力．2．定律内容：如果一个系统不受外力作用，或者所受的合外力为零，这个系统的总动量保持不变．3．定律的表达式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，两个物体组成的系统初动量等于末动量．可写为：p＝p′、Δp＝0和Δp1＝－Δp24．守恒条件(1)理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒．(2)近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．(3)分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒．三、碰撞1．概念：碰撞指的是物体间相互作用持续时间很短，物体间相互作用力很大的现象，在碰撞过程中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理碰撞问题．2．分类(1)弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能守恒，相互作用过程中遵循的规律是动量守恒和机械能守恒．(2)非弹性碰撞：在碰撞过程中机械能损失的碰撞，在相互作用过程中只遵循动量守恒定律．(3)完全非弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能损失最大，作用后两物体粘合在一起，速度相等，相互作用过程中只遵循动量守恒定律．四、实验：验证动量守恒定律1．方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出滑块质量．(2)安装：正确安装好气垫导轨．(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向)．(4)验证：一维碰撞中的动量守恒．2．方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出两小球的质量m 1、m 2. (2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (6)验证：一维碰撞中的动量守恒．3．方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出两小车的质量．(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．(3)实验：接通电源，让小车A 运动，小车B 静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v ＝ΔxΔt 算出速度．(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (6)验证：一维碰撞中的动量守恒．4．方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球． (2)按照如图所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平．(3)白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O .(4)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P 就是小球落点的平均位置．(5)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M 和被碰小球落点的平均位置N .如图所示．(6)连接ON ，测量线段OP 、OM 、ON 的长度．将测量数据填入表中．最后代入m 1OP ＝m 1OM ＋m 2ON ，看在误差允许的范围内是否成立．(7)整理好实验器材放回原处．(8)实验结论：在实验误差范围内，碰撞系统的动量守恒． [易错警示·微点拨]1.物体动量的变化等于物体所受合外力的冲量，而不是某个力的． 2．动量守恒中的速度应是相对于同一参考系中的速度．3．动量是矢量，系统总动量不变，是指系统总动量的大小方向都不变． 4．相互作用的物体动量守恒但机械能不一定守恒．考点一 动量定理的理解及应用1．动量定理的理解要点(1)动量定理的表达式应是一个矢量式，式中3个矢量都要选同一个方向为正方向． (2)动量定理公式中的F 是研究对象所受的合外力，它可以是恒力，也可以是变力，当F 为变力时，F 应是合外力对作用时间的平均值．(3)公式Ft ＝p ′－p 除表明等号两边大小、方向的关系外，还说明了两边的因果关系，即合外力的冲量是动量变化的原因．(4)动量定理说明的是合外力的冲量与动量变化的关系，与物体的初末动量无必然联系． (5)由Ft ＝p ′－p ，得F ＝p ′－p t ＝Δpt，即物体所受的合外力等于物体的动量对时间的变化率． 2．用动量定理解释现象用动量定理解释的现象一般可分为两类：一类是物体的动量变化一定，此时力的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小．另一类是作用力一定，此时力的作用时间越长，动量变化越大；力的作用时间越短，动量变化越小．分析问题时，要把哪个量一定，哪个量变化搞清楚．1．(2015·高考重庆卷)高空作业须系安全带，如果质量为m 的高空作业人员不慎跌落，从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h (可视为自由落体运动)，此后经历时间t 安全带达到最大伸长，若在此过程中该作用力始终竖直向上，则该段时间安全带对人的平均作用力大小为( )A.m 2ght ＋mg B ．m 2ght －mg C.m ght＋mg D ．m ght－mg 解析：选A.由动量定理得(mg －F )t ＝0－mv ，得F ＝m 2ght＋mg .选项A 正确．2．(2016·山东烟台高三质检)皮球从某高度落到水平地板上，每弹跳一次上升的高度总等于前一次的0.64倍，且每次球与地板接触的时间相等．若空气阻力不计，与地板碰撞时，皮球重力可忽略．(1)求相邻两次球与地板碰撞的平均冲力大小之比是多少？(2)若用手拍这个球，使其保持在0.8 m的高度上下跳动，则每次应给球施加的冲量为多少？(已知球的质量m＝0.5 kg，g取10 m/s2)解析：(1)由题意可知，碰撞后的速度是碰撞前的0.8倍．设皮球所处的初始高度为H，与地板第一次碰撞前瞬时速度大小为v0＝2gH，第一次碰撞后瞬时速度大小(亦为第二次碰撞前瞬时速度大小)v1和第二次碰撞后瞬时速度大小v2满足v2＝0.8v1＝0.82v0.设两次碰撞中地板对球的平均冲力分别为F1、F2，选竖直向上为正方向，根据动量定理，有F1t＝mv1－(－mv0)＝1.8mv0F2t＝mv2－(－mv1)＝1.8mv1＝1.44mv0则F1∶F2＝5∶4(2)欲使球跳起0.8 m，应使球由静止下落的高度为h＝0.80.64m＝1.25 m，球由1.25 m落到0.8 m处的速度为v＝3 m/s，则应在0.8 m处给球的冲量为I＝mv＝1.5 N·s，方向竖直向下．答案：(1)5∶4 (2)1.5 N·s方向竖直向下动量定理的应用技巧(1)应用I＝Δp求变力的冲量如果物体受到大小或方向改变的力的作用，则不能直接用I＝Ft求变力的冲量，可以求出该力作用下物体动量的变化Δp，等效代换变力的冲量I.(2)应用Δp＝FΔt求动量的变化例如，在曲线运动中，速度方向时刻在变化，求动量变化(Δp＝p2－p1)需要应用矢量运算方法，计算比较复杂，如果作用力是恒力，可以求恒力的冲量，等效代换动量的变化．考点二动量守恒定律的理解及应用1．动量守恒的“四性”(1)矢量性：表达式中初、末动量都是矢量，需要首先选取正方向，分清各物体初末动量的正、负．(2)瞬时性：动量是状态量，动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等．(3)同一性：速度的大小跟参考系的选取有关，应用动量守恒定律，各物体的速度必须是相对同一参考系的速度．一般选地面为参考系．(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．2．动量守恒定律的不同表达形式(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．(2)Δp1＝－Δp2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向．(3)Δp＝0，系统总动量的增量为零．1．如图所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1 m/s.A将B向空间站方向轻推后，A的速度变为0.2 m/s，求此时B的速度大小和方向．解析：相对空间站而言，宇航员A和B构成的系统满足动量守恒的条件．以初速度v0＝0.1 m/s 的方向为正方向，A将B向空间站方向轻推后，A的速度一定沿正方向，即v A＝0.2 m/s.由动量守恒定律得(m A＋m B)v0＝m A v A＋m B v B将v0、v A代入数据解得v B＝0.02 m/s因为v B>0，所以B的方向仍为离开空间站方向．答案：0.02 m/s 离开空间站方向2．(2015·济南高三质检)如图所示，光滑水平轨道上放置长板A(上表面粗糙)和滑块C，滑块B置于A的左端．三者质量分别为m A＝2 kg、m B＝1 kg、m C＝2 kg，开始时C静止，A、B一起以v0＝5 m/s的速度匀速向右运动，A与C相碰撞(时间极短)后C向右运动，经过一段时间，A、B再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C碰撞．求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小．解析：因碰撞时间极短，A与C碰撞过程动量守恒，设碰撞后瞬间A的速度大小为v A，C的速度大小为v C，以向右为正方向，由动量守恒定律得m A v0＝m A v A＋m C v C，A与B在摩擦力作用下达到共同速度，设共同速度为v AB，由动量守恒定律得m A v A＋m B v0＝(m A＋m B)v AB，A、B达到共同速度后恰好不再与C碰撞，应满足v AB＝v C，联立解得v A＝2 m/s.答案：2 m/s应用动量守恒定律解题的步骤(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)；(2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒)；(3)规定正方向，确定初、末状态动量；(4)由动量守恒定律列出方程；(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明．考点三动量和能量观点的综合应用(高频考点)1．动量的观点和能量的观点动量的观点：动量守恒定律能量的观点：动能定理和能量守恒定律这两个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程中状态的改变，不对过程变化的细节作深入的研究，而关心运动状态变化的结果及引起变化的原因．简单地说，只要求知道过程的初、末状态动量式、动能式和力在过程中所做的功，即可对问题进行求解．2．利用动量的观点和能量的观点解题应注意下列问题(1)动量守恒定律是矢量表达式，还可写出分量表达式；而动能定理和能量守恒定律是标量表达式，绝无分量表达式．(2)中学阶段凡可用力和运动的观点解决的问题．若用动量的观点或能量的观点求解，一般都要比用力和运动的观点要简便，而中学阶段涉及的曲线运动(a不恒定)、竖直面内的圆周运动、碰撞等，就中学知识而言，不可能单纯考虑用力和运动的观点求解．题组一高考题组1．(2014·高考新课标全国卷Ⅰ)如图所示，质量分别为m A、m B的两个弹性小球A、B静止在地面上方，B球距地面的高度h＝0.8 m，A球在B球的正上方．先将B球释放，经过一段时间后再将A球释放．当A球下落t＝0.3 s时，刚好与B球在地面上方的P点处相碰．碰撞时间极短，碰后瞬间A球的速度恰为零．已知m B＝3m A，重力加速度大小g＝10 m/s2，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失．求：(1)B球第一次到达地面时的速度；(2)P点距离地面的高度．解析：(1)设B球第一次到达地面时的速度大小为v B，由运动学公式有v B＝2gh①将h＝0.8 m代入上式，得v B＝4 m/s②(2)设两球相碰前后，A球的速度大小分别为v1和v1′(v1′＝0)，B球的速度分别为v2和v2′，由运动学规律可得v1＝gt③由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相碰前后的动量守恒，总动能保持不变．规定向下的方向为正，有m A v 1＋m B v 2＝m B v 2′④12m A v 21＋12m B v 22＝12m B v 2′2⑤ 设B 球与地面相碰后的速度大小为v B ′，由运动学及碰撞的规律可得v B ′＝v B ⑥ 设P 点距地面的高度为h ′，由运动学规律可得h ′＝v B ′2－v 222g⑦联立②③④⑤⑥⑦式，并代入已知条件可得h ′＝0.75 m ⑧ 答案：(1)4 m/s (2)0.75 m2．(2015·高考全国卷Ⅱ)两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗糙路段．两者的位置x 随时间t 变化的图象如图所示．求：(1)滑块a 、b 的质量之比；(2)整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比． 解析：(1)设a 、b 的质量分别为m 1、m 2，a 、b 碰撞前的速度为v 1、v 2.由题给图象得v 1＝－2 m/s ① v 2＝1 m/s ②a 、b 发生完全非弹性碰撞，碰撞后两滑块的共同速度为v 0.由题给图象得v ＝23 m/s ③由动量守恒定律得m 1v 1＋m 2v 2＝(m 1＋m 2)v ④联立①②③④式得m 1∶m 2＝1∶8⑤(2)由能量守恒得，两滑块因碰撞而损失的机械能为 ΔE ＝12m 1v 21＋12m 2v 22－12(m 1＋m 2)v 2⑥由图象可知，两滑块最后停止运动．由动能定理得，两滑块克服摩擦力所做的功为W ＝12(m 1＋m 2)v 2⑦联立⑥⑦式，并代入题给数据得W ∶ΔE ＝1∶2⑧答案：(1)1∶8 (2)1∶2题组二 模拟题组3．(2016·银川一中测试)如图所示，两块长度均为d ＝0.2 m 的木块A 、B ，紧靠着放在光滑水平面上，其质量均为M ＝0.9 kg.一颗质量为m ＝0.02 kg 的子弹(可视为质点且不计重力)以速度v 0＝500 m/s 水平向右射入木块A ，当子弹恰水平穿出A 时，测得木块的速度为v ＝2 m/s ，子弹最终停留在木块B 中．求：(1)子弹离开木块A 时的速度大小及子弹在木块A 中所受的阻力大小； (2)子弹穿出A 后进入B 的过程中，子弹与B 组成的系统损失的机械能． 解析：(1)设子弹离开A 时速度为v 1，对子弹和A 、B 整体， 有mv 0＝mv 1＋2MvFd ＝12mv 20－12mv 21－12×2Mv 2联立解得v 1＝320 m/s ，F ＝7 362 N(2)子弹在B 中运动过程中，最后二者共速，速度设为v 2，对子弹和B 整体，有mv 1＋Mv ＝(m ＋M )v 2解得v 2＝20523m/sΔE ＝12mv 21＋12Mv 2－12(m ＋M )v 22＝989 J.答案：(1)320 m/s 7 362 N (2)989 J4．(2016·河北邯郸摸底)如图所示，木块A 、B 的质量均为m ，放在一段粗糙程度相同的水平地面上，木块A 、B 间夹有一小块炸药(炸药的质量可以忽略不计)．让A 、B 以初速度v 0一起从O 点滑出，滑行一段距离后到达P 点，速度变为v 02，此时炸药爆炸使木块A 、B 脱离，发现木块B 立即停在原位置，木块A 继续沿水平方向前进．已知O 、P 两点间的距离为s ，设炸药爆炸时释放的化学能全部转化为木块的动能，爆炸时间很短可以忽略不计，求：(1)木块与水平地面的动摩擦因数μ； (2)炸药爆炸时释放的化学能．解析：(1)设木块与地面间的动摩擦因数为μ，炸药爆炸释放的化学能为E 0. 从O 滑到P ，对A 、B 由动能定理得 －μ·2mgs ＝12·2m (v 02)2－12·2mv 20①解得μ＝3v 28gs②(2)在P 点爆炸时，A 、B 动量守恒，有 2m ·v 02＝mv ③根据能量守恒定律，有 E 0＋12·2m ·(v 02)2＝12mv 2④联立③④式解得E 0＝14mv 20.答案：(1)3v 208gs (2)14mv 2应用动量、能量观点解决问题的两点技巧(1)灵活选取系统的构成，根据题目的特点可选取其中动量守恒或能量守恒的几个物体为研究对象，不一定选所有的物体为研究对象．(2)灵活选取物理过程．在综合题目中，物体运动常有几个不同过程，根据题目的已知、未知灵活地选取物理过程来研究．列方程前要注意鉴别、判断所选过程动量、机械能的守恒情况．考点四 实验十六：验证动量守恒定律1．实验时应注意的几个问题(1)前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． (2)方案提醒：①若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．②若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内．③若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力．④若利用斜槽进行实验，入射球质量要大于被碰球质量，即：m 1>m 2，防止碰后m 1被反弹． (3)探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变． 2．对实验误差的分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： ①碰撞是否为一维碰撞．②实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力等．(2)偶然误差：主要来源于质量m 和速度v 的测量． (3)减小误差的措施：①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件． ②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．1．甲同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A 、B 两球的碰撞来验证动量守恒定律．(1)(多选)实验中必须满足的条件是________． A ．斜槽轨道尽量光滑以减小误差 B ．斜槽轨道末端的切线必须水平C ．入射球A 每次必须从轨道的同一位置由静止滚下D ．两球的质量必须相等(2)测量入射球A 的质量为m A ，被碰撞小球B 的质量为m B ，图中O 点是小球抛出点在水平地面上的投影．实验时，先让入射球A 从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P ，测得平抛射程为OP ；再将入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B 相撞，分别找到球A 和球B 相撞后的平均落点M 、N ，测得平抛射程分别为OM 和ON .当所测物理量满足表达式________时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式________时，则说明两球的碰撞为弹性碰撞．(3)乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A 、球B 与木条的撞击点．实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B ′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P ′；再将入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，与球B 相撞，确定球A 和球B 相撞后的撞击点分别为M ′和N ′.测得B ′与N ′、P ′、M ′各点的高度差分别为h 1、h 2、h 3.若所测物理量满足表达式________，则说明球A 和球B 碰撞中动量守恒．解析：(1)只有斜槽轨道末端的切线水平，小球每次从末端飞出后才做平抛运动，时间才相等，故选项B 对；入射球A 每次必须从轨道上的同一位置由静止滚下，每次从末端飞出时的初速度才相等，故选项C 对．(2)由动量守恒定律得m A ·v A ＝m A ·v A ′＋m B ·v B ′，v ＝x /t ，故得出m A ·OP ＝m A ·OM ＋m B ·ON ；若是弹性碰撞，则动能守恒，有12m A v 2A ＝12m A v A ′2＋12m B v B ′2，联立解得m A ·OP 2＝m A ·OM 2＋m B ·ON 2，或OP ＋OM ＝ON .(3)由h ＝12gt 2，v ＝x t ，得出v 与1h 成正比，再结合动量守恒定律m A ·v A ＝m A ·v A ′＋m B ·v B ′，故得出m A h 2＝m A h 3＋m Bh 1. 答案：(1)BC(2)m A ·OP ＝m A ·OM ＋m B ·ONm A ·OP 2＝m A ·OM 2＋m B ·ON 2(或OP ＋OM ＝ON )(3)m A h 2＝m A h 3＋m Bh 12．(2014·高考新课标全国卷Ⅱ)现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律．在图甲中，气垫导轨上有A 、B 两个滑块，滑块A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B 左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．实验测得滑块A 的质量m 1＝0.310 kg ，滑块B 的质量m 2＝0.108 kg ，遮光片的宽度d ＝1.00 cm ；打点计时器所用交流电的频率f ＝50.0 Hz.将光电门固定在滑块B 的右侧，启动打点计时器，给滑块A 一向右的初速度，使它与B 相碰．碰后光电计时器显示的时间为Δt B ＝3.500 ms ，碰撞前后打出的纸带如图乙所示．若实验允许的相对误差绝对值⎝ ⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎪碰撞前后总动量之差碰前总动量×100%⎭⎪⎫最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．解析：按定义，物块运动的瞬时速度大小v ＝ΔsΔt ①式中Δs 为物块在很短时间Δt 内走过的路程 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为Δt A ，则 Δt A ＝1f＝0.02 s ②Δt A 可视为很短．设A 在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v 0、v 1，将②式和图给实验数据代入①式得v 0＝2.00 m/s ③ v 1＝0.970 m/s ④设B 在碰撞后的速度大小为v 2，由①式有v 2＝dΔt B ⑤代入题给实验数据得v 2＝2.86 m/s ⑥设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p 和p ′，则p ＝m 1v 0⑦ p ′＝m 1v 1＋m 2v 2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 δp ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪p －p ′p ×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得 δp ＝1.7%＜5%⑩因此，本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律．答案：本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律；运算过程见解析课堂小结——名师微点拨本节课重在理解动量守恒的条件及守恒的描述，对“系统总动量保持不变”注意以下三点：(1)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等，不能误认为只是初、未两个状态的总动量相等． (2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化．(3)系统的总动量指系统内各物体动量的矢量和，总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变.课时规范训练(单独成册)1．(2016·广州调研)(多选)两个质量不同的物体，如果它们的( ) A ．动能相等，则质量大的动量大 B ．动能相等，则动量大小也相等 C ．动量大小相等，则质量大的动能小 D ．动量大小相等，则动能也相等解析：选AC.根据动能E k ＝12mv 2可知，动量p ＝2mE k ，两个质量不同的物体，当动能相等时，质量大的动量大，A 正确、B 错误；若动量大小相等，则质量大的动能小，C 正确、D 错误．2.质量为1 kg 的物体做直线运动，其速度图象如右图所示，则物体在前10 s 内和后10 s 内所受外力的冲量分别是( )A ．10 N·s,10 N·sB ．10 N·s，－10 N·sC ．0.10 N·sD ．0，－10 N·s解析：选D.由题图可知，在前10 s 内初、末状态的动量相等，p 1＝p 2＝5 kg·m/s，由动量定理知I 1＝0；在后10 s 内p 3＝－5 kg·m/s，I 2＝p 3－p 2＝－10 N·s，故选D.3．甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动，甲、乙物体的速度大小分别为 3 m/s 和1 m/s ；碰撞后甲、乙两物体都反向运动，速度大小均为2 m/s.甲、乙两物体质量之比为( )A ．2∶3B ．2∶5C ．3∶5D ．5∶3解析：选C.选取碰撞前甲物体的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有m 甲v 1－m 乙v 2＝－m甲v 1′＋m 乙v 2′，代入数据，可得m 甲∶m 乙＝3∶5，C 正确．4．将静置在地面上，质量为M (含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v 0竖直向下喷出质量为m 的炽热气体．忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是( )A.mMv 0 B ．M mv 0 C.MM －mv 0 D ．mM －mv 0 解析：选D.火箭模型在极短时间点火，设火箭模型获得的速度为v ，据动量守恒定律有0＝(M －m )v －mv 0，得v ＝mM －mv 0，D 正确． 5.(2016·淮安模拟)(多选)如右图所示，一内外侧均光滑的半圆柱槽置于光滑的水平面上，槽的左侧有一竖直墙壁．现让一小球(可视为质点)自左端槽口A 点的正上方从静止开始下落，与半圆槽相切并从A 点进入槽内，则下列说法正确的是( )。

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习第13章波粒二象性原子结构原子核（时间：60分钟满分:100分)一、选择题(本题共13小题，每小题5分，共65分．每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．）1．关于光的本性，下列说法中正确的是（）A．光电效应反映光的粒子性B．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比C．光子的能量与光的频率成正比D．光在空间传播时，是不连续的,是一份一份的，每一份光叫做一个光子ACD[光电效应反映光的粒子性，故A正确；根据光电效应方程E km＝hν－W0可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误;根据E＝hν，可知：光子的能量与光的频率成正比，故C正确；由爱因斯坦的光子说:光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子,故D正确．]2．(2016·富阳选考模拟)根据玻尔理论,以下说法正确的是（)A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差BCD[根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波,故选项A错误,选项B正确；玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的,不连续的，选项C正确；原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项D正确．］3．下列光的波粒二象性的说法中,正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光的波长越长，其波动性越显著;波长越短，其粒子性越显著C．光的粒子性说明每个光子就像极小的小球体一样D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波BD[光既是波又是粒子，故A错误;光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，选项B正确；光具有波动性，但不是经典理论中的波，光具有粒子性，也不是传统概念中的粒子，光与物质作用时，即发生能量交换时，不是连续进行的，而是“一份一份”进行的,表现出粒子性,光在空间的分布规律符合波动规律，表现出波动性，故选项C错误；光的波粒二象性学说是建立在麦克斯韦的光的电磁说和爱因斯坦的光子说的基础上，由光子说中提出的光子能量的计算公式E＝hν可知，反映粒子的特征的E与反映波动特征的ν相联系，进一步分析可知，当光子的能量比较小即频率ν较小,波长λ较大，波动性明显,粒子性不明显，反之，当光子的能量比较大,频率ν较大，波长λ较小，粒子性明显，波动性不明显，故选项D正确．］4．光电效应实验中，下列表述正确的是（）A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子CD[在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长,光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A、B错误，D正确．由－eU＝0－E k,E k＝hν－W，可知U＝（hν－W)/e，即遏止电压与入射光频率ν有关,C正确．］5．下列说法正确的是( )【导学号：81370439】A．根据天然放射现象,卢瑟福提出了原子的核式结构B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级,该氢原子吸收光子，能量增加C．铀（错误!U）经过多次α、β衰变形成稳定的铅(错误!Pb)的过程中,有6个中子转变成质子D．机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能力C[卢瑟福提出原子的核式结构的实验依据是α粒子散射实验，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，氢原子要放出光子，能量减小，B错误；机场、车站等地进行安全检查，利用的是X射线的穿透本领，D错误．]6．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能极k跃迁到能级m，则（）A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1D[由题意可知：E m－E n＝hν1,E k－E n＝hν2。

第34讲 波粒二象性教学目标1. 理解光子说及对光电效应的解释.2. 理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题． 重点：光电效应现象,光电效应规律,光子说. 难点：光电效应方程的应用知识梳理一、光电效应1. 光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。

2. 光电效应现象所遵循的基本规律。

物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.二、光子说 1.光子说⑴光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。

⑵光子的能量：ν=h Eh 为普朗克常量。

h=6.63×10-34J ·s 每个光子的能量只决定于光的频率。

⑶光强同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少． 2. 光子说对光电效应的解释光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系．电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子．如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因．每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样．光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因．金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因．三、光电效应方程 1. 金属的逸出功光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。