与名师对话・高三课标版物理本章整合X3-5动量守恒定律和原子物理

高考总复习·课标版物理与名师对话(对应学生用书P275)高考总复习·课标版物理与名师对话高考总复习·课标版物理与名师对话高考总复习·课标版物理与名师对话在新课标教材中，把动量守恒定律和原子物理放在同一个模块，突显出动量守恒定律在分析原子物理、原子核的变化、核反应方面的重要性．本模块重点掌握的三个知识点：动量守恒定律、氢原子能级和能级跃迁、核反应方程和核能的计算．其中，以原子物理为背景的动量守恒和机械能守恒相结合的题目，以及原子核变化与动量守恒定律、核能的计算相结合的题目，是命题的重点．但本模块不会出现动量守恒定律与力学其他知识相结合的复杂题目．高考总复习·课标版物理与名师对话热点一、动量守恒定律的考查(2011·海南卷)一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如右图所示，图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接．高考总复习·课标版物理与名师对话现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止．重力加速度为g.求：(1)木块在ab段受到的摩擦力f；(2)木块最后距a点的距离s.高考总复习·课标版物理与名师对话[解析](1)设木块和物体P共同速度为v，两物体从开始到第一次到达共同速度过程由动量和能量守恒得：mv0＝(m＋2m)v①12mv20＝12(m＋2m)v2＋mgh＋fL②由①②得：f＝mv20－3gh3L③高考总复习·课标版物理与名师对话(2)木块返回与物体P第二次达到共同速度(动量守恒)，全过程能量守恒得：12mv20＝12(m＋2m)v2＋f(2L－s)④由②③④得：s＝v20－6ghv20－3ghL.[答案](1)mv20－3gh3L(2)v20－6ghv20－3ghL高考总复习·课标版物理与名师对话【热点强化】1．(2012·上海卷)A，B两物体在光滑水平地面上沿一直线相向而行，A质量为5kg，速度大小为10m/s，B质量为2kg，速度大小为5m/s，它们的总动量大小为________kg·m/s；两者相碰后，A沿原方向运动，速度大小为4m/s，则B的速度大小为________m/s.[解析]两物体相互作用动量守恒：设A运动的方向为正方向mAvA－mBvB＝mAv′A＋mBv′B，解得B的速度大小为10m/s.[答案]4010高考总复习·课标版物理与名师对话2．(2012·江西重点中学联盟第一次联考)如右图所示，A，B两木块靠在一起放于光滑的水平面上，A，B的质量分别为mA＝2.0kg、mB＝1.5kg.一个质量为mC＝0.5kg的小铁块C以v0＝8m/s的速度滑到木块A上，离开木块A后最终与木块B一起匀速运动．若木块A在铁块C滑离后的速度为vA＝0.8m/s，铁块C与木块A，B间动摩擦因数均为μ＝0.4，取g＝10m/s2.求：(1)铁块C在滑离A时的速度；(2)木块B的长度至少为多长．高考总复习·课标版物理与名师对话[解析](1)铁块C在滑离A的瞬间，由动量守恒得mCv0＝(mA＋mB)vA＋mCvC，代入数据解得vC＝2.4m/s.(2)铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度，铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒，有mCvC＋mBvA＝(mC＋mB)vB，12(mC＋mB)v2B＋μmCg·s相对＝12mCv2C＋12mBv2A，因铁块C没有从木块B上掉下来，所以木块B的长度L≥s相对，联立以上方程代入数据解得L≥0.24m，即木块B的长度至少为0.24m.[答案](1)2.4m/s(2)0.24m高考总复习·课标版物理与名师对话热点二、光电效应与能级跃迁的综合考查(2012·云南部分名校联考)某光电管的阴极是由金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，如右图所示是氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是()A．2条B．4条C．5条D．6条高考总复习·课标版物理与名师对话[答案]B[解析]一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出C24＝4×32＝6种光子，它们的光子能量分别为：12.75eV,12.09eV,10.20eV,2.55eV,1.89eV和0.66eV，其中最后两种光子能量小于金属钾的逸出功2.21eV，它们不能使金属钾发生光电效应．本题答案为B.高考总复习·课标版物理与名师对话【热点强化】(2012·锦州月考)已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如右图所示，一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，则()A．氢原子可能辐射6种频率的光子B．氢原子可能辐射5种频率的光子C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应高考总复习·课标版物理与名师对话[答案]AC[解析]一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可辐射的光谱线的条数为N＝nn－12，故A对，B错；这6种频率的光子有3种能量大于2.7eV，C对，D错．高考总复习·课标版物理与名师对话热点三、核反应与核能(2012·课标全国理综)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H＋31H→42He＋x，式中x是某种粒子．已知：21H、31H、42He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，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)．高考总复习·课标版物理与名师对话[解析]根据质量数和电荷数守恒有x的电荷数为0，质量数为(2＋3－4)＝1，可知x为中子；根据质能方程有ΔE＝931.5MeV/u·Δm＝931.5×(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087)MeV＝17.6MeV.[答案]10n(或中子)17.6高考总复习·课标版物理与名师对话【热点强化】1．(2012·江苏单科)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________．该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________．[解析]设某原子核的质量数为x，核电荷数为y，根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得：x＋1＝2,0＋y＝1，联立两式解得：x＝1，y＝1，该原子核为质子，核反应方程式为：10n＋11H→21H.核反应放出能量为Q时，21H的比结合能为Q2.[答案]10n＋11H→21HQ2高考总复习·课标版物理与名师对话2．(2012·江苏南通第一次调研)(1)自由中子是不稳定的，它的平均寿命大约是900s，它能自发地发生放射性衰变，衰变方程是：10n→11H＋X＋ve，其中ve是反电子中微子(不带电的质量很小的粒子)．下列说法中正确的是________．A．自由中子的衰变是β衰变，X是负电子B．有20个自由中子，半小时后一定剩下5个中子未发生衰变C．衰变过程遵守动量守恒定律D．衰变过程有质量亏损，所以能量不守恒高考总复习·课标版物理与名师对话(2)电子俘获即原子核俘获1个核外轨道电子，使核内1个质子转变为中子．一种理论认为地热是镍58(5828Ni)在地球内部的高温高压下发生电子俘获核反应生成钴(Co)58时产生的，则镍58电子俘获核反应方程为________；生成的钴核处于激发态，会向基态跃迁，辐射γ光子的频率为ν，已知真空中的光速和普朗克常量是c和h，则此核反应过程中的质量亏损为________．高考总复习·课标版物理与名师对话(3)在电子俘获中，原子核俘获了K层一个电子后，新核原子的K层上将出现一个电子空位，当外层L层上电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量：一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是将该能量交给其他层上的某电子，使电子发生电离成为自由电子．若该能量交给M层电子，电离后的自由电子动能是E0，已知普朗克常量为h，试求新核原子的L层电子和K层电子的能级差及M层电子的能级(即能量值)．高考总复习·课标版物理与名师对话[解析](1)根据电荷数和质量数守恒可知X的质量数为0，电荷数为－1，应为电子，自由中子的衰变为β衰变．衰变过程遵循电荷数、质量数、动量、能量守恒．(2)L层和K层电子的能级差ΔE＝hν0设M层电子的能级为EM，由能量守恒可知E0＋(0－EM)＝hν0解得EM＝E0－hν0[答案](1)AC(2)5828Ni＋0－1e→5827Cohνc2(3)EM＝E0－hν0