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第1页共16页专题14动量守恒定律、原子结构和原子核(1)玻尔理论的三个要点．(2)光电效应方程．(3)核反应方程及核反应类型．(4)质量亏损及核能．(5)动量守恒定律的理解及应用．【命题趋势】(1)以碰撞为模型对动量守恒定律可能结合能量守恒定律进行考查．(2)结合经典物理理论和最新科技成果对原子结构和原子核这部分内容进行考查．考点1、玻尔理论与动量守恒定律的组合1.玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子En＝E1n2，n为量子数．跃迁假设：hν＝E末－E初．轨道量子化假设：氢原子rn＝n2r1，n为量子数．【例1】(1)图6－14－2为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些第2页共16页光照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法正确的是()．A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最高C．金属钠表面所产生的光电子的初动能最大值为11.11eVD．金属钠表面所产生的光电子的初动能最大值为9.60eV(2)在光滑的水平面上，质量为m1的小球A以速率v0向右运动．在小球A的前方O处有一质量为m2的小球B处于静止状态，如图6－14－3所示．小球A与小球B发生正碰后小球A与小球B均向右运动．小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇，PQ＝1.5PO.假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性碰撞．求A、B两小球的质量之比．【特别提醒】1．解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)每个氢原子每次跃迁能吸收或辐射一个特定频率的光子．(2)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N＝C2n＝nn－12.第3页共16页(3)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，注意能级的能量值均为负值，且单位为“eV”，计算时要换算成“J”．2．应用动量守恒定律解题的步骤(1)选取研究系统和研究过程．(2)分析系统的受力情况，判断系统动量是否守恒．(3)规定正方向，确定系统的初、末状态的动量的大小和方向．(4)根据动量守恒定律列方程求解．(5)对求解的结果加以分析、验证和说明．【变式探究】(1)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89eV，10.2eV，12.09eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13.6eV)．(2)用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核和α粒子，并放出4.8MeV的能量．①写出核反应方程；②求出质量亏损；③若中子与锂核是以等值反向的动量相碰，则α粒子和氚核的动能之比是多少？④α粒子的动能有多大？④α粒子的动能为：第4页共16页考点2、光电效应现象与动量守恒定律的组合1.爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.2．用图象表示光电效应方程①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E.③普朗克常量：图线的斜率k＝h.【例2】(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母)．A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系(2)一静止的23892U核经α衰变成为23490Th核，释放出的总动能为4.27MeV.问此衰变后23490Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?(2)根据题意知，此α衰变的衰变方程为23892U→23490Th＋42He第5页共16页【变式探究】(1)如图6－14－7是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()．A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2(2)如图6－14－8所示，在光滑水平面上，有一质量为m1＝20kg的小车，通过一根几乎不可伸长的轻绳与一节质量为m2＝25kg的平板车厢连接．质量为m3＝15kg的小物体放在平板车厢上，物体与平板车之间的滑第6页共16页动摩擦因数为μ＝0.20.开始时车厢静止，绳松弛，小车以v0＝3m/s的速度前进，设平板足够长，试求小物体m3在平板上移动的距离x.难点1、有关原子核的知识与动量守恒定律的组合【例1】(2013·山东卷，38)(1)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．①完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋____________→84Be＋γ.②84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的84Be，经7.8×10－16s后所剩84Be占开始时的________________．(2)如图6－14－9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mA＝2kg、mB＝1kg、mC＝2kg.开始时C静止．A、B一起以v0＝5m/s的速度匀速向右运动，A与C发生碰撞(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．第7页共16页【特别提醒】解决核反应方程及核能计算的方法(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律；(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义；(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子等；(4)进行核能计算时注意单位的对应，若Δm用kg作单位，则ΔE用J作单位；若Δm用u作单位，则ΔE用eV作单位，且1u对应931.5MeV.【变式探究】(1)在“嫦娥一号”卫星对月球探索中，月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(32He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3(32He)”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(32He)”与氘核聚变，下列说法中正确的是()．A．核反应方程为32He＋21H―→42He＋11HB．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量C．“氦3(32He)”一个核子的结合能大于“氦4(42He)”一个核子的结合能D．“氦3(32He)”的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量(2)2012年，各国军队军事演习频繁．在某次演习中，有一门旧式大炮在平坦的地面上(可看做光滑)以v＝5m/s的速度匀速前进，炮身质量为M＝1000kg，现将一质量为m＝25kg的炮弹，以相对炮身的速度大小u＝600m/s与v反向水平射出，求射出炮弹后炮身的速度v′.第8页共16页【变式探究】(1)下列关于原子和原子核的说法正确的是()．A．γ射线是原子由激发态向低能级跃迁时产生的B．居里夫妇最先发现了天然放射现象C．原子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起D．结合能所对应的质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原子核的质量(2)某同学用如图6－14－10所示装置来研究碰撞过程，第一次单独让小球a从斜槽某处由静止开始滚下．落地点为P，第二次让小球a从同一位置释放后与静止在斜槽末端的小球b发生碰撞．a、b球的落地点分别是M、N，各点与O的距离如图6－14－11；该同学改变小球a的释放位置重复上述操作．由于某种原因他只测得了a球的落地点P′、M′到O的距离分别是22.0cm、10.0cm.求b球的落地点N′到O的距离．第9页共16页1．(1)如图6－14－12所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是()．A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的(2)静止的锂核63Li俘获一个速度为8.0×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核42He，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．①完成此核反应的方程式；②求反应后产生的另一个粒子的速度大小和方向；③通过计算说明此反应过程中是否发生了质量亏损．反应后粒子的总动能为第10页共16页2．(1)下列说法正确的是________．A．根据E＝mc2可知物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系B．在单缝衍射实验中，假设只让一个光子通过单缝，则该光子不可能落在暗条纹处C．一群氢原子从n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子D．已知能使某金属发生光电效应的极限频率为ν0，则当频率为2ν0的单色光照射该金属时，光电子的最大初动能为2hν0(2)如图6－14－13，车厢的质量为M，长度为L，静止在光滑水平面上，质量为m的木块(可看成质点)以速度v0无摩擦地在车厢底板上向右运动，木块与前车壁碰撞后以速度v02向左运动，则再经过多长时间，木块将与后车壁相碰？第11页共16页3．(2013·江苏卷，12C)(1)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．A．速度B．动能C．动量D．总能量(2)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图6－14－14所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．(3)如图6－14－15所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80kg和100kg，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1m/s.A将B向空间站方向轻推后，A的速度变为0.2m/s，求此时B的速度大小和方向．4．(1)已知氢原子的能级为：E1＝－13.60eV，E2＝－3.40eV，E3＝－1.51eV，E4＝－0.85eV，现用光子能量介于10.00～12.70eV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________．第12页共16页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3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6－14－16所示，AB为一光滑水平横杆，杆上套一质量为M的圆环，环上系一长为L质量不计的细绳，细绳的另一端拴一个质量为m的小球，现将细绳拉直，且与AB平行，由静止释放小球，则①当细绳与AB成θ角时，圆环移动的距离是多少？②若在横杆上立一挡板，与环的初位置相距多远时才不致使圆环在运动过程中与挡板相碰？5．(1)从物理学的角度来看，以下说法正确的是()．A．福岛核电站的爆炸是高温高压作用下产生的氢气发生了核聚变B．核污染主要是指核反应过程中会放出一些放射性同位素能长时期存在于周围环境中C．核辐射主要是指核反应过程中所释放出的α射线、β射线和γ射线第13页共16页D．防化人员所穿的防化服主要是防止β射线、γ射线对人体的伤害(2)如图6－14－17所示，木块A的质量mA＝1kg，足够长的木板B质量mB＝4kg，质量mC＝4kg的木块C置于木板B上，水平面光滑，B、C之间有摩擦．现使A以v0＝12m/s的初速度向右运动，与B碰撞后以4m/s的速度弹回．(取g＝10m/s2)①求B运动过程中的最大速度的大小．②碰撞后C在B上滑行了2m，求B、C之间的动摩擦因数．6.(1)23892U是一种放射性元素，其能发