2017-2018学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修3-5讲义：第16章动量守恒定律 章末检测

所以动量的变化量 Δp＝p2－p1＝－0.475 kg· m/s－0.125 kg· m/s ＝－0.600 kg· m/s. 即球的动量变化大小为0.600 kg· m/s，方向与 球飞来的方向相反． (2)羽毛球的初速度： v＝25 m/s， 羽毛球的末速度： v′＝－95 m/s，
1 2 羽毛球的初动能：Ek＝ mv ＝1.56 J， 2 1 羽毛球的末动能：E′ k＝ mv′2＝22.56 J. 2 所以 ΔEk＝E′ k－Ek＝21 J.
课堂互动讲练
动量、动能变化的计算 羽毛球是速度较快的球类运动之一，运 动员扣杀羽毛球的速度可达到342 km/h，假设 球飞来的速度为90 km/h，运动员将球以342 km/h的速度反向击回．设羽毛球的质量为5 g， 试求： (1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量； (2)在运动员的这次扣杀中，羽毛球的动能变化 是多少？
例1
【思路点拨】 动量变化量是矢量运算问题， 应先规定正方向，将矢量运算变为代数运 算．再由Δp＝p2－p1完成计算．
【精讲精析】 则 (1)以球飞来的方向为正方向，
－3
90 p1＝mv1＝5×10 × kg· m/s＝0.125 kg· m/s. 3.6 342 －3 p2＝mv2＝－5×10 × kg· m/s 3.6 ＝－0.475 kg· m/s.
(5)矢量性：如果力的方向恒定，则冲量的方向与 相同 力的方向______；如果力的方向是变化的，则冲 量的方向与相应时间内物体动量变化量的方向 相同 ________． 2．动量定理 (1) 内 容 ： 物 体 在 一 个 过动量变化量 的 程 始 末 冲量 ______________ mv′－mv 等于它在这个过程中所受力的_________． p′－p (2)公式：F(t′－t)＝_____________，或 ______________＝I.

7核聚变8粒子和宇宙一、核聚变[导学探究] 1.为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？答案轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15 m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子x有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度．2．目前人们实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？答案(1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．(2)实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温．[知识梳理]对核聚变的认识1．聚变两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应．2．聚变方程2H＋31H―→42He＋10n＋17.6 MeV.13．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)核聚变时吸收能量．( × )(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( √ ) (3)轻核聚变比裂变更完全、清洁．( √ )(4)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．( √ ) 二、粒子和宇宙[导学探究] 强子和夸克的关系是怎样的？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？ 答案 夸克是强子的基本组成成分；它们带的电荷分别为元电荷的＋23或－13，每种夸克都有对应的反夸克；夸克不能以自由的状态单个出现的性质，叫夸克的“禁闭”． [知识梳理] 对粒子和宇宙的理解 1．“基本粒子”不基本(1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”．(2)随着科学的发展，科学们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构． 2．粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子． 3．夸克模型的提出1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)质子、中子不能再分．( × )(2)夸克的带电荷量是电子电荷的整数倍．( × )一、核聚变的特点及应用 1．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去． (3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆． 2．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸． (2)可控热核反应：目前处于探索阶段． 3．重核裂变与轻核聚变的区别例 112式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeV c 2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)． 答案 10n(或中子) 17.6解析 根据质量数和电荷数守恒可得x 是10n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为 ΔE ＝Δm ·c 2≈17.6 MeV .针对训练 (多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A ．“人造太阳”的核反应方程是21H ＋31H →42He ＋10nB ．“人造太阳”的核反应方程是235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310nC ．根据公式E ＝mc 2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D ．根据公式E ＝mc 2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同 答案 AC解析 21H ＋31H →42He ＋10n 是轻核聚变方程，故A 项正确；根据轻核聚变特点，相同质量的核燃料，轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C 正确．例2 (2016·台州路桥中学高二上学期月考)科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He ＋32He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变，下列表述正确的是( ) A ．聚变反应不会释放能量 B ．聚变反应产生了新的原子核 C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 由于核聚变过程中存在质量亏损，故C 错误．根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2可以确定既然有质量亏损，核聚变会释放能量，故A 错误．由于该核反应的生成物有42He 和11H ，故该反应产生了新的原子核．故B 正确．目前的核电站都采用了U －235的核裂变，而核聚变仍处于实验阶段，故D 错误． 二、夸克模型1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．2．夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的＋23或－13.例如，上夸克带的电荷量为＋2e 3，下夸克带的电荷量为－e3.3．意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．例3 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的．u 夸克带电荷量为23e ，d 夸克带电荷量为－13e ，e 为元电荷，下列论断中可能正确的是( )A ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 答案 B解析 质子11H 带电荷量为2×23e ＋(－13e )＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×(－13e )＝0.可见B 正确.1．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A ．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B ．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D ．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行 答案 ABC解析 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m 以内，故必须克服库仑斥力做功，A 正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万开尔文的高温，B 正确；热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C 正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D 错． 2．关于粒子，下列说法正确的是( )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 D解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A 、B 错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确．3．(2016·湖州市高二下学期期中)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时释放核能，已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，真空中的光速为c ，下列说法不正确的是( ) A ．该核反应属于轻核聚变B ．核反应方程是：21H ＋31H →42He ＋10nC ．核反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4D ．释放的能量ΔE ＝(m 3－m 4－m 1－m 2)c 2 答案 D解析 一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，是质量数小的原子核聚变生成质量数大的原子核的过程，属于轻核聚变，故A 正确；当一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子时，由质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程是：21H ＋31H →42He ＋10n ，故B 正确；该反应的过程中质量亏损为Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，故C 正确；根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，因此核反应放出的能量ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，故D错误．4．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(已知质子质量为m H ＝1.007 3 u ，氦核质量为m He ＝4.001 5 u ，正电子质量为m e ＝0.000 55 u ，结果保留两位小数，1 u 相当于931.5 MeV 的能量)(1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？答案 (1)411H →42He ＋20＋1e (2)24.78 MeV(3)4.22×109 kg解析 (1)由题意可得核反应方程为411H →42He ＋20＋1e.(2)反应前的质量m 1＝4m H ＝4×1.007 3 u ＝4.029 2 u ，反应后的质量m 2＝m He ＋2m e ＝4.001 5 u ＋2×0.000 55 u ＝4．002 6 u ，Δm ＝m 1－m 2＝0.026 6 u ，由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6×931.5 MeV ≈24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE ′＝Δm ′c 2得太阳每秒减少的质量 Δm ′＝ΔE ′c 2＝3.8×1026(3×108)2 kg ≈4.22×109 kg.一、选择题1．下列说法正确的是( ) A ．聚变是裂变的逆反应B ．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C ．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D ．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子 答案 C解析 聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A 错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B 错；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C 对；质子是最早发现的强子，故D 错．2．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是()A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C．聚变反应不会释放能量D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大答案 B3．(多选)关于轻核聚变，下列说法正确的是()A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量B．物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能答案BD4．2010年11月8日，国家国防科技工业局首次发布“嫦娥二号”月面虹湾局部影像图，如图1所示．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He＋32He―→211H＋42He，关于32He聚变，下列表述正确的是()图1A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电答案 B5．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)．设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反应后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，光速为c，下列说法正确的是()A．这种装置中发生的核反应方程式是21H＋31H―→42He＋10nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1－m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同答案 A解析核反应方程为21H＋31H―→42He＋10n，选项A正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项B、C错误；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D错误．6．(多选)核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(m1－m3－m4)c2D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性答案BD7．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应．核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示电子(0－1e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2答案 D8．(多选)关于核反应的类型，下列表述正确的有()A.23892U―→23490Th＋42He是α衰变B.147N＋42He―→178O＋11H是β衰变C.21H＋31H―→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se―→8236Kr＋20－1e是重核裂变答案AC9．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为1H＋126C―→137N＋Q1①11H＋157N―→126C＋X＋Q2②1方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：以下推断正确的是()A．X是32He，Q2>Q1B．X是42He，Q2>Q1C．X是32He，Q2<Q1D ．X 是42He ，Q 2<Q 1 答案 B解析 由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X 为42He ，①式的质量亏损为Δm 1＝1.007 8 u ＋12.000 0 u －13.005 7 u ＝0.002 1 u ．②式的质量亏损为Δm 2＝1.007 8 u ＋15.000 1 u －12.000 0 u －4.002 6 u ＝0.005 3 u ，所以Δm 2>Δm 1.根据质能方程ΔE ＝Δmc 2可求得Q 2>Q 1，故选B. 二、非选择题10．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104 m /s 的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s ，方向与中子的运动方向相反． (1)试写出核反应方程； (2)求出氦核的速度大小．答案 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He (2)2×104 m/s 解析 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He.(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得 m n v 0＝－m T v 1＋m He v 2 v 2＝m n v 0＋m T v 1m He＝2×104 m/s.。

动量守恒定律⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧动量⎩⎪⎨⎪⎧定义：质量与速度的乘积，p ＝m v单位：kg·m/s 矢量：方向与v 同向动量的变化：Δp ＝p ′－p ，遵守矢量运算冲量⎩⎪⎨⎪⎧定义：力和力的作用时间的乘积，I ＝Ft矢量：与力的方向相同动量定理⎩⎨⎧内容：物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量表达式：p ′－p ＝I力的表达：力等于动量的变化率，F ＝Δp Δt 动量守恒定律⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧动量守恒定律⎩⎪⎨⎪⎧条件：系统不受外力或所受合外力等于零表达式：p 1＋p 2＝p 1′＋p 2′碰撞与反冲⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧弹性碰撞⎩⎪⎨⎪⎧ 遵守动量守恒定律机械能守恒非弹性碰撞⎩⎪⎨⎪⎧遵守动量守恒定律机械能有损失完全非弹性碰撞⎩⎪⎨⎪⎧遵守动量守恒定律机械能损失最多反冲运动⎩⎪⎨⎪⎧产生反冲现象的原理：动量守恒反冲在生产、生活、科技中的应用1在动量变化一定的情况下，如果需要增大作用力，必须缩短作用时间。

如果需要减小作用力，必须延长作用时间，即缓冲作用。

2．定量计算在用动量定理计算有关问题时，要注意力必须是物体所受的合外力，以及动量定理的矢量性，求解前先规定正方向，再简化为代数运算(一维碰撞时)。

3．动量定理是解决动力学问题的一种重要方法对于只涉及物体运动时间而不涉及加速度的问题，用动量定理要比用牛顿运动定律解题方便得多。

[典例1] (天津高考)质量为0.2 kg 的小球竖直向下以6 m /s 的速度落至水平地面，再以 4 m/s 的速度反向弹回，取竖直向上为正方向，则小球与地面碰撞前后的动量变化为________kg·m /s 。

若小球与地面的作用时间为0.2 s ，则小球受到地面的平均作用力大小为________N(取g ＝10 m/s 2)。

[解析] 小球与地面碰撞前后的动量变化为Δp ＝m v ′－m v ＝0.2×4 kg·m /s －0.2×(－6)kg·m/s ＝2 kg·m/s 。

第3课时动量守恒定律[研究选考·把握考情][基础·要点]1.系统、内力与外力(1)系统：相互作用的两个或多个物体组成一个力学系统。

(2)内力：系统中，物体间的相互作用力。

(3)外力：系统外部物体对系统内物体的作用力。

2.动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。

(2)表达式：对两个物体组成的系统，常写成：p1＋p2＝p1′＋p2′或m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。

(3)成立条件①系统不受外力作用。

②系统受外力作用，但外力矢量和为零。

3.动量守恒定律的普适性动量守恒定律是一个独立的实验规律，它适用于目前为止物理学研究的一切领域。

[要点解读]1.动量守恒定律与牛顿运动定律的关系牛顿运动定律是从力的角度反映物体间的相互作用。

动量守恒定律是从动量的角度描述物体间的相互作用。

动量守恒定律可由牛顿运动定律推导出来。

2.对动量守恒定律条件的理解(1)系统不受外力作用，这是一种理想化的情形，如宇宙中两星球的碰撞，微观粒子间的碰撞都可视为这种情形。

(2)系统受外力作用，但所受合外力为零。

像光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形。

(3)系统受外力作用，但当系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时，系统的总动量近似守恒。

例如，抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间，弹片所受火药爆炸时的内力远大于其重力，重力完全可以忽略不计，系统的动量近似守恒。

(4)系统受外力作用，所受的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。

3.对动量守恒定律的理解(1)矢量性。

公式中的v1、v2、v1′和v2′都是矢量，只有它们在同一直线上，并先选定正方向，确定各速度的正、负(表示方向)后，才能用代数方法运算。

(2)相对性。

速度具有相对性，公式中的v1、v2、v1′和v2′应是相对同一参考系的速度，一般取相对地面的速度。

(3)同时性。

相互作用前的总动量，这个“前”是指相互作用前的某一时刻，v1、v2均是此时刻的瞬时速度；同理，v1′、v2′应是相互作用后的同一时刻的瞬时速度。