（江苏专用）2020版高考物理二轮复习 专题五 动量与原子物理学课件

专题五动量与原子物理学考点一动量定理动量守恒定律及应用本考点是对动量、冲量的概念和动量定理、动量守恒定律的理解及应用的考查，试题难度一般，主要考查考生的理解能力。(一)辨析基本规律1．动量定理(1)公式是矢量式，左边是动量的变化量，只有当初、末动量在一条直线上时，可以直接进行代数运算，但必须注意正负值。(2)公式右边是物体受到的所有力的合冲量，而不是某一个力的冲量。(3)公式说明了两边的因果关系，即合力的冲量是动量变化的原因。2．动量守恒定律(二)掌握规律方法1．应用动量定理的主要流程：确定研究对象⇒受力分析⇒抓住过程的初、末状态，选好正方向⇒根据动量定理列方程2．应用动量守恒定律时要判断动量是否守恒，要注意所选取的系统，注意区别系统内力与外力。动量守恒也可以是系统在某一方向上的守恒。[典例](2019·南京、盐城一模)(1)如图所示，用导线将验电器与洁净的锌板连接，触摸锌板使验电器箔片不张开。用紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，移走紫外线灯，用带负电的橡胶棒接触锌板，发现验电器箔片张角减小；改用红外线灯照射锌板，结果发现验电器箔片不张开。则说明________。A．用紫外线灯照射后锌板带正电B．用红外线灯照射后锌板带负电C．红外线的频率小于锌的极限频率D．紫外线的频率小于锌的极限频率(2)1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，吴健雄用6027Co对此进行了实验验证。次年，李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖，6027Co的衰变方程是6027Co→AZNi＋0-1e＋νe，其中νe是反电子中微子，它的电荷量为零，静止质量被认为是零。在上述衰变方程中，衰变产生AZNi的核电荷数Z是________。在衰变前6027Co是静止的，根据云室照片可以看出，衰变产物AZNi和0-1e的运动径迹不在同一条直线上，如果认为衰变产物只有AZNi和0-1e，那么衰变过程将违反________(选填“动量”或“电荷”)守恒定律。(3)如图所示，一只质量为5.4kg的保龄球，撞上一只原来静止，质量为1.7kg的球瓶。此后球瓶以3.0m/s的速度向前飞出，而保龄球以1.8m/s的速度继续向前运动，假设它们相互作用的时间为0.05s。求：①碰撞后保龄球的动量；②碰撞时保龄球与球瓶间的相互作用力的大小。[解析](1)橡胶棒带负电，当其接触锌板时发现验电器箔片张角减小，这说明锌板带电量减小，故锌板一定带正电，部分电量被橡胶棒所带负电中和，故A项正确；若用红外线照射，发现验电器箔片不张开，这说明没有发生光电效应，故金属锌的极限频率大于红外线的频率，故B项错误，C项正确；因用紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，发生了光电效应，则紫外线的频率大于锌的极限频率，故D项错误。(2)6027Co的衰变方程是6027Co→AZNi＋0-1e＋νe，根据电荷数守恒、质量数守恒知，27＝Z－1，Z＝28，即核电荷数Z是28。衰变前核静止动量为零，衰变时不受外力动量守恒，若衰变产物Ni和0-1e的运动径迹不在一条直线上，且衰变产物只有Ni和0-1e，那么衰变前后动量不守恒，违背了动量守恒定律。(3)①碰撞后保龄球的动量为p＝mv1＝5.4×1.8kg·m/s＝9.72kg·m/s。②设初速度方向为正方向，对球瓶，Δp＝Mv2－0＝1.7×3.0kg·m/s＝5.1kg·m/s由动量定理得F·Δt＝Δp代入数据求得F＝102N。[答案](1)AC(2)28动量(3)①9.72kg·m/s②102N考点二光电效应规律及图像本考点主要考查光电效应现象、规律、爱因斯坦的光电效应方程与图像。试题难度中等，在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松得分。(一)理清知识体系(二)看清四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)(三)深化规律内涵1．能否发生光电效应，由入射光的频率大小决定，与入射光的强度和照射时间无关；发生光电效应时，光子的能量与入射光的强度无关。2．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但二者成一次函数，不是正比关系。3．在光电流没有达到饱和光电流时，光电管两端正向电压越大，光电流越大，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流也不会增大了。4．光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：Ekm＝eUc，因此光电效应方程可以写为：eUc＝hν－W0。[典例](2019·江苏四校联考)(1)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th＋42He，下列说法正确的是________。A．衰变后钍核的动能小于α粒子的动能B．钍核的比结合能小于铀核的比结合能C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后钍核的德布罗意波长等于α粒子的德布罗意波长(2)如图甲所示是研究光电效应现象的装置，某同学用该装置探究遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系，得到如图乙所示的Uc­ν图像。图中电源________端为正极(填“左”或“右”)，该装置阴极K的逸出功为________J。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s(结果保留三位有效数字)。(3)如图所示，光滑水平面上质量为2.0kg的小球A以1.0m/s的速度向右运动，在其左方质量为1.0kg的小球B以2.0m/s速度同向运动。碰撞后，小球A以1.5m/s的速度运动。求：①碰撞后B球的速度；②碰撞过程中，A、B系统损失的机械能。[解析](1)衰变过程满足动量守恒，所以衰变后钍核与α粒子动量大小相等，方向相反，而动能Ek＝p22m，所以质量大的钍核动能更小，A项正确；衰变过程释放能量，生成的钍核更稳定，其比结合能大于铀核的比结合能，B项错误；半衰期是所有原子核有半数发生衰变需要的时间，而不是一个原子核衰变的时间，C项错误；根据德布罗意波长公式：λ＝hp，因为衰变后钍核与α粒子动量大小相等，所以德布罗意波长相同，D项正确。(2)因为是研究遏止电压Uc的装置，所以所加电压应为反向电压，阻止光电子到达A极板形成光电流，所以A极板接电源负极，K极板接电源正极，电源右端为正极；根据题图乙可知，当频率为5.1×1014Hz时，所需遏止电压为零，说明此时对应频率为截止频率νc，所以逸出功：W0＝hνc＝6.63×10－34×5.1×1014J＝3.38×10－19J。(3)①根据动量守恒，取水平向右为正：mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′，代入数据解得：vB′＝1m/s，方向水平向右。②根据能量守恒有：ΔE＝12mAvA2＋12mBvB2－12mAvA′2＋12mBvB′2，代入数据解得：ΔE＝0.25J。[答案](1)AD(2)右3.38×10－19(3)①1m/s，方向水平向右②0.25J考点三光的波粒二象性和物质波本考点主要考查对光的波粒二象性的理解和对物质波的理解与计算，题型可为选择题，难度一般，只要考生多记忆并理解相关知识，便可轻松应对高考中的相关问题。(一)理解基本概念和规律1．对光的波粒二象性的理解实验基础说明光的波动性干涉、衍射和偏振现象①光的波动性不同于宏观观念的波②光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的粒子性光电效应、康普顿效应①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”②光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一①大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强①光子说并未否定波动说，E＝hν＝中，ν和λ就是波的概念②波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的2．物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。(2)公式：物质波的波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。(二)辨析常见问题和方法1．少量光子具有粒子性，大量光子具有波动性。2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。3．电子属于实物粒子。4．在计算物质波的波长时，关键是求运动物体的动量大小p，然后由λ＝hp便可求得结果。[典例](2019·常州期末)(1)下列说法正确的是________。A．阴极射线的存在说明原子核是可分的B．玻尔理论很好地解释了原子光谱的成因C．原子的核式结构模型可以解释原子的稳定性D．U235裂变产生的新核的比结合能比U235的比结合能大(2)科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像。已知普朗克常量为h，真空中的光速为c。若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝__________，该光子与电子碰撞后其波长将__________(选填“变大”“不变”或“变小”)。(3)一个静止的铀核(23892U)放出一个α粒子变成钍核(23490Th)，设该核反应中释放的能量全部转化为两个粒子的动能，已知α粒子动能为Ek1，真空中的光速为c。求：①钍核的动能；②该核反应中的质量亏损。[解析](1)阴极射线的存在即电子的发现，说明原子是可分的，而不是证明了原子核是可分的，故A错误；玻尔理论回答了氢原子稳定存在的原因，成功地解释了氢原子和类氢原子的光谱现象，但是玻尔的原子模型却无法说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构，故B错误；玻尔提出的原子模型可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，并不是卢瑟福提出的原子核式结构模型，故C错误；我国核电站采用了重核裂变，用中子轰击U235，产生的新核更稳定，其比结合能比U235的大，故D项正确。(2)光子的能量E＝hν，而光子的频率和波长关系c＝λν，故E＝hcλ；光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E＝hν，光子的频率减小，根据λ＝cν知，波长变大。(3)①衰变过程系统动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：pHe－pTh＝0根据动能与动量的关系p＝2mEk可知Ek1EkTh＝mThmαα粒子的质量数为4，钍核的质量数为234，则Ek1EkTh＝2344＝1172故EkTh＝2117Ek1。②根据动能表达式，可得释放的总能量：E＝Ek1＋2117Ek1解得：E＝119117Ek1由质能方程知释放总能量为：E＝Δmc2解得Δm＝119Ek1117c2。[答案](1)D(2)hcλ变大(3)①2117Ek1②119Ek1117c2考点四原子结构与原子核本考点是对原子结构与原子核的考查，具体分为原子结构、原子光谱、原子核衰变、半衰期、核反应方程与核能，难度一般，主要考查考生的理解和分析能力。(一)理清知识体系(二)辨析常考问题1．一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为Cn2；而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。2．氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。3．α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数的改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。4．半衰期是大量原子核衰变的统计规