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2019-2020年高考物理總復(fù)習 動量 近代物理初步講義（選修3-5） 考綱下載 (1)動量　動量守恒定律(Ⅰ) (2)驗證動量守恒定律(實驗、探究)(Ⅰ) (3)彈性碰撞和非彈性碰撞(Ⅰ) (4)原子核式結(jié)構(gòu)模型(Ⅰ) (5)氫原子光譜　原子的能級(Ⅰ) (6)原子核的組成(Ⅰ) (7)原子核的衰變　半衰期(Ⅰ) (8)放射性同位素　放射性的應(yīng)用與防護(Ⅰ) (9)核力與結(jié)合能　質(zhì)量虧損(Ⅰ) (10)核反應(yīng)方程(Ⅰ) (11)裂變反應(yīng)　聚變反應(yīng)　鏈式反應(yīng)(Ⅰ) (12)普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射(Ⅰ) (13)光電效應(yīng)(Ⅰ) (14)光的波粒二象性　物質(zhì)波(Ⅰ) 考向前瞻 (1)動量守恒定律及其應(yīng)用、原子核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論、原子核的衰變、核反應(yīng)方程的書寫及質(zhì)能方程的應(yīng)用是本章高考考查的熱點。 (2)原子結(jié)構(gòu)與原子核部分高考命題難度不大，大多直接考查對知識的理解和記憶，體現(xiàn)時代氣息，用新名詞包裝試題；對動量部分的考查通常以實驗和計算題的形式出現(xiàn)，而且難度不會太大。 動量 動量定理 動量守恒定律 對應(yīng)學生用書P218 [必備知識] 1．動量 (1)定義：物體的質(zhì)量與速度的乘積。 (2)公式：p＝mv。 (3)單位：千克米/秒。符號：kgm/s。 (4)意義：動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量，是矢量，其方向與速度的方向相同。 2．動量定理 (1)內(nèi)容：物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量。 (2)表達式：p′－p＝I或mv′－mv＝F(t′－t)。 (3)沖量：力與力的作用時間的乘積，即I＝F(t′－t)。 3．動量守恒定律 (1)內(nèi)容：如果系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的合力為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。 (2)常用的四種表達形式： ①p＝p′：即系統(tǒng)相互作用前的總動量p和相互作用后的總動量p′大小相等，方向相同。 ②Δp＝p′－p＝0：即系統(tǒng)總動量的增量為零。 ③Δp1＝－Δp2：即相互作用的系統(tǒng)內(nèi)的兩部分物體，其中一部分動量的增加量等于另一部分動量的減少量。 ④m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，即相互作用前后系統(tǒng)內(nèi)各物體的動量都在同一直線上時，作用前的總動量與作用后的總動量相等。 (3)常見的幾種守恒形式及成立條件： ①理想守恒：系統(tǒng)不受外力或所受外力的合力為零。 ②近似守恒：系統(tǒng)所受外力雖不為零，但內(nèi)力遠大于外力。 ③分動量守恒：系統(tǒng)所受外力雖不為零，但在某方向上合力為零，系統(tǒng)在該方向上動量守恒。 [典題例析] 下列情形中，滿足動量守恒的是(　　) A．鐵錘打擊放在鐵砧上的鐵塊，打擊過程中，鐵錘和鐵塊的總動量 B．子彈水平穿過放在光滑水平桌面上的木塊過程中，子彈和木塊的總動量 C．子彈水平穿過墻壁的過程中，子彈和墻壁的總動量 D．棒擊壘球的過程中，棒和壘球的總動量 [解析]　選B　鐵錘打擊放在鐵砧上的鐵塊，打擊過程中，鐵錘和鐵塊所受合外力不為零，它們組成的系統(tǒng)動量不守恒，故A錯誤；子彈水平穿過放在光滑水平桌面上的木塊過程中，子彈和木塊組成的系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，故B正確；子彈水平穿過墻壁的過程中，子彈和墻壁所受合外力不為零，系統(tǒng)動量不守恒，故C錯誤；棒擊壘球的過程中，棒和壘球組成的系統(tǒng)所受合外力不為零，系統(tǒng)動量不守恒，故D錯誤。 動量守恒的判斷 (1)動量守恒定律的研究對象都是相互作用的物體組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的動量是否守恒，與選擇哪幾個物體作為系統(tǒng)和分析哪一段運動過程有直接關(guān)系。 (2)分析系統(tǒng)內(nèi)物體受力時，要弄清哪些是系統(tǒng)的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)的作用力。 [針對訓練] 1．(xx浙江高考)如圖1－1所示，甲木塊的質(zhì)量為m1，以v的速度沿光滑水平地面向前運動，正前方有一靜止的、質(zhì)量為m2的乙木塊，乙上連有一輕質(zhì)彈簧。甲木塊與彈簧接觸后(　　) 圖1－1 A．甲木塊的動量守恒 B．乙木塊的動量守恒 C．甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動量守恒 D．甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動能守恒 解析：選C　兩木塊在光滑水平地面上相碰，且中間有彈簧，則碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒，機械能也守恒，故選項A、B錯誤，選項C正確。甲、乙兩木塊碰撞前、后動能總量不變，但碰撞過程中有動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，故動能不守恒，只是機械能守恒，選項D錯誤。 2．下列情況中系統(tǒng)的動量守恒的是(　　) 圖1－2 A．如圖甲所示，小車停在光滑水平面上，車上的人在車上走動時，對人與車組成的系統(tǒng) B．子彈射入放在光滑水平面上的木塊中，對子彈與木塊組成的系統(tǒng)(如圖乙) C．子彈射入緊靠墻角的木塊中，對子彈與木塊組成的系統(tǒng) D．斜向上拋出的手榴彈在空中炸開時 解析：選ABD　小車停在光滑水平面上，車上的人在車上走動時，對人與車組成的系統(tǒng)，受到的合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，故A正確；子彈射入放在光滑水平面上的木塊中，對子彈與木塊組成的系統(tǒng)，系統(tǒng)所受外力之和為零，系統(tǒng)動量守恒，故B正確；子彈射入緊靠墻角的木塊中，子彈與木塊組成的系統(tǒng)受墻角的作用力，系統(tǒng)所受外力之和不為零，系統(tǒng)動量不守恒，故C錯誤；斜向上拋出的手榴彈在空中炸開，內(nèi)力遠大于外力，可以認為系統(tǒng)動量守恒，故D正確。 對動量守恒定律的理解與應(yīng)用 對應(yīng)學生用書P219 [必備知識] 動量守恒定律的“四性” (1)矢量性：表達式中初、末動量都是矢量，需要首先選取正方向，分清各物體初末動量的正、負。 (2)瞬時性：動量是狀態(tài)量，動量守恒指對應(yīng)每一時刻的總動量都和初時刻的總動量相等。 (3)同一性：速度的大小跟參考系的選取有關(guān)，應(yīng)用動量守恒定律時，各物體的速度必須是相對同一參考系的速度。一般選地面為參考系。 (4)普適性：動量守恒定律不僅適用于兩個物體所組成的系統(tǒng)，也適用于多個物體組成的系統(tǒng)；不僅適用于宏觀物體組成的系統(tǒng)，也適用于微觀粒子組成的系統(tǒng)。 [典題例析] (xx山東高考)如圖1－3所示，光滑水平軌道上放置長木板A(上表面粗糙)和滑塊C，滑塊B置于A的左端，三者質(zhì)量分別為mA＝2 kg、mB＝1 kg、mC＝2 kg。開始時C靜止，A、B一起以v0＝5 m/s的速度勻速向右運動，A與C發(fā)生碰撞(時間極短)后C向右運動，經(jīng)過一段時間，A、B再次達到共同速度一起向右運動，且恰好不再與C碰撞。求A與C發(fā)生碰撞后瞬間A的速度大小。 圖1－3 [思路點撥] (1)A與C發(fā)生碰撞的時間極短，滑塊B的速度在此段時間內(nèi)變化嗎？ 提示：不變化。 (2)木板A恰好不再與C發(fā)生碰撞，那么A、B、C最終的速度大小有什么關(guān)系？ 提示：A、B、C最終的速度相同。 [解析]　木板A與滑塊C處于光滑水平面上，兩者碰撞時間極短，碰撞過程中滑塊B與木板A間的摩擦力可以忽略不計，木板A與滑塊C組成的系統(tǒng)，在碰撞過程中動量守恒，則 mAv0＝mAvA＋mCvC 碰撞后，木板A與滑塊B組成的系統(tǒng)，在兩者達到同速之前系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，則 mAvA＋mBv0＝(mA＋mB)v A和B達到共同速度后，恰好不再與滑塊C碰撞，則最后三者速度相等，vC＝v 聯(lián)立以上各式，代入數(shù)值解得：vA＝2 m/s。 [答案]　2 m/s 應(yīng)用動量守恒定律解題的步驟 [針對訓練] 1.(xx福建高考)一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進入太空預(yù)定位置，由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分離后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行，若忽略空氣阻力及分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化，則分離后衛(wèi)星的速率v1為(　　) 圖1－4 A．v0－v2　　　　　　　　　　 B．v0＋v2 C．v0－v2 D．v0＋(v0－v2) 解析：選D　火箭和衛(wèi)星組成的系統(tǒng)，在分離前后沿原運動方向上動量守恒，由動量守恒定律有：(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，解得：v1＝v0＋(v0－v2)，D項正確。 2．(xx江蘇高考)牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》中記載，A、B兩個玻璃球相碰，碰撞后的分離速度和它們碰撞前的接近速度之比總是約為15∶16。分離速度是指碰撞后B對A的速度，接近速度是指碰撞前A對B的速度。若上述過程是質(zhì)量為2 m的玻璃球A以速度v0碰撞質(zhì)量為m的靜止玻璃球B，且為對心碰撞，求碰撞后A、B的速度大小。 解析：設(shè)玻璃球A、B碰撞后速度分別為v1和v2 由動量守恒定律得2mv0＝2mv1＋mv2， 且由題意知＝， 解得v1＝v0，v2＝v0。 答案：v0　v0 碰撞、爆炸與反沖 對應(yīng)學生用書P220 [必備知識] 1．碰撞 (1)碰撞現(xiàn)象：兩個或兩個以上的物體在相遇的極短時間內(nèi)產(chǎn)生非常大的相互作用的過程。 (2)碰撞特征： ①作用時間短。 ②作用力變化快。 ③內(nèi)力遠大于外力。 ④滿足動量守恒。 (3)碰撞的分類及特點： ①彈性碰撞：動量守恒，機械能守恒。 ②非彈性碰撞：動量守恒，機械能不守恒。 ③完全非彈性碰撞：動量守恒，機械能損失最多。 2．爆炸現(xiàn)象 爆炸過程中內(nèi)力遠大于外力，爆炸的各部分組成的系統(tǒng)總動量守恒。 3．反沖運動 (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動的現(xiàn)象。 (2)反沖運動中，相互作用力一般較大，通常可以用動量守恒定律來處理。 [典題例析] 下列圖片所描述的事例或應(yīng)用中，沒有利用反沖原理的是(　　) 圖1－5 [解析]　選D　噴灌裝置的自動旋轉(zhuǎn)是利用水流噴出時的反沖作用而運動的，故屬于反沖運動；章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向是利用噴出的水的反沖作用；火箭的運動是利用噴氣的方式而獲得動力，利用了反沖運動；碼頭邊的輪胎的作用是延長碰撞時間，從而減小作用力，不是利用反沖作用，故選D。 1．碰撞現(xiàn)象滿足的規(guī)律 (1)動量守恒 (2)機械能不增加 (3)速度要合理 ①若碰前兩物體同向運動，則應(yīng)有v后>v前，碰后原來在前的物體速度一定增大，若碰后兩物體同向運動，則應(yīng)有v前′≥v后′。 ②碰前兩物體相向運動，碰后兩物體的運動方向不可能都不改變。 2．爆炸現(xiàn)象的三個規(guī)律 (1)動量守恒：由于爆炸是在極短的時間內(nèi)完成的，爆炸物體間的相互作用力遠遠大于受到的外力，所以在爆炸過程中，系統(tǒng)的總動量守恒。 (2)動能增加：在爆炸過程中，由于有其他形式的能量(如化學能)轉(zhuǎn)化為動能，所以爆炸前后系統(tǒng)的總動能增加。 (3)位置不變：爆炸的時間極短，因而作用過程中，物體產(chǎn)生的位移很小，一般可忽略不計，可以認為爆炸后仍然從爆炸前的位置以新的動量開始運動。 3．對反沖現(xiàn)象的三點說明 (1)系統(tǒng)內(nèi)的不同部分在強大內(nèi)力作用下向相反方向運動，通常用動量守恒來處理。 (2)反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，所以系統(tǒng)的總機械能增加。 (3)反沖運動中平均動量守恒。 [針對訓練] 1．(xx漳州三模)在光滑的水平面上有兩個在同一直線上相向運動的小球，其中甲球的質(zhì)量m1＝2 kg，乙球的質(zhì)量m2＝1 kg，規(guī)定向右為正方向，碰撞前后甲球的速度隨時間的變化情況如圖1－6所示。已知兩球發(fā)生正碰后粘在一起，則碰前乙球速度的大小和方向為(　　) 圖1－6 A．7 m/s，向右　　　　　　 B．7 m/s，向左 C．1 m/s，向左 D．1 m/s，向右 解析：選B　由圖知，甲球碰撞前的速度為v甲＝2 m/s，碰撞后的速度為v甲′＝－1 m/s，碰撞后，甲、乙的速度v＝－1 m/s，以甲、乙兩球組成的系統(tǒng)為研究對象，以甲的初速度方向為正方向，碰撞過程，由動量守恒定律得：m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v，解得：v乙＝－7 m/s，負號表示方向與正方向相反，即方向向左。 2．(xx福建模擬)小孩雙手搭著大人的肩一起在水平冰面上以3 m/s的速度向右勻速滑行，后面的小孩突然推了一下前面的大人，結(jié)果小孩以2 m/s的速度向左滑行，已知小孩的質(zhì)量為30 kg，大人的質(zhì)量為60 kg，則被推后大人的速度大小變?yōu)?　　) A．5.5 m/s B．4.5 m/s C．3.5 m/s D．2.5 m/s 解析：選A　以大人與小孩組成的系統(tǒng)為研究對象，取向右方向為正方向，由動量守恒定律得：(m大＋m小)v0＝－m小v?。玬大v大，解得：v大＝5.5 m/s。 [課時跟蹤檢測] 一、單項選擇題 1．(xx廣州調(diào)研)兩球在水平面上相向運動，發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止。可以肯定的是，碰前兩球的(　　) A．質(zhì)量相等　　　　　　　 B．動能相等 C．動量大小相等 D．速度大小相等 解析：選C　兩小球組成的系統(tǒng)碰撞過程中滿足動量守恒，兩球在水平面上相向運動，發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止，故根據(jù)動量守恒定律可以斷定碰前兩球的動量大小相等方向相反，C正確。 2．(xx福建高考)將靜置在地面上，質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點火升空，在極短時間內(nèi)以相對地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過程重力和空氣阻力的影響，則噴氣結(jié)束時火箭模型獲得的速度大小是(　　) A.v0 B.v0 C.v0 D.v0 解析：選D　本題考查火箭反沖模型，意在考查考生對動量守恒定律的認識和應(yīng)用能力。由動量守恒定律有mv0＝(M－m)v，可得火箭獲得的速率為v0，選D。 3.如圖1，質(zhì)量為M的小船在靜止水面上以速率v0向右勻速行駛，一質(zhì)量為m的救生員站在船尾，相對小船靜止。若救生員以相對水面速度v水平向左躍入水中，則救生員躍出后小船的速率為(　　) 圖1 A．v0＋v　　　　　　　　 B．v0－v C．v0＋(v0＋v) D．v0＋(v0－v) 解析：選C　根據(jù)動量守恒定律，選向右方向為正方向，則有(M＋m)v0＝Mv′－mv，解得v′＝v0＋(v0＋v)，故選項C正確。 4．(xx泉州質(zhì)檢)“爆竹聲中一歲除，春風送暖人屠蘇”，爆竹聲響是辭舊迎新的標志，是喜慶心情的流露。有一個質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出，到達最高點時速度大小為v0、方向水平向東，在最高點爆炸成質(zhì)量不等的兩塊，其中一塊質(zhì)量為2m，速度大小為v，方向水平向東，則另一塊的速度是(　　) A．3v0－v B．2v0－3v C．3v0－2v D．2v0＋v 解析：選C　在最高點水平方向動量守恒，由動量守恒定律可知，3mv0＝2mv＋mv′，可得另一塊的速度為v′＝3v0－2v，故C正確。 5.在光滑的水平面上，有a、b兩球，其質(zhì)量分別為ma、mb，兩球在t0時刻發(fā)生正碰，并且在碰撞過程中無機械能損失，兩球在碰撞前后的速度圖像如圖2所示，下列關(guān)系正確的是(　　) 圖2 A．ma>mb B．mamb，則b球的動能將會大于a球最初的動能，違背能量守恒定律，則必然滿足maλ0)的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流 B．若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時，電路中一定有光電流 C．增加電路中電源兩極電壓，電路中光電流一定增大 D．若將電源極性反接，電路中一定沒有光電流產(chǎn)生 解析：選B　當用波長為λ0的光照射陰極K時，電路中有光電流，只有換用頻率更大，也就是波長比λ0小的光照射陰極K時才一定有光電流，換用波長比λ0大的光時情況不確定，A錯誤，B正確。電路中光電流由光電子數(shù)目決定，與光的強度有關(guān)，與電路中電源兩極電壓無關(guān)，C錯誤。若將電源極性反接，光電子做減速運動，若接近A板時還沒有減速到零，電路中就可能有光電流產(chǎn)生，D錯誤。 4．三種不同的入射光線甲、乙、丙分別照射在三種不同的金屬a、b、c上，均恰能使金屬中逸出光電子。已知三種光線的波長λ甲>λ乙>λ丙，則(　　) A．用入射光甲照射金屬b，可能發(fā)生光電效應(yīng) B．用入射光丙照射金屬b，一定能發(fā)生光電效應(yīng) C．用入射光甲和乙同時照射金屬c，可能發(fā)生光電效應(yīng) D．用入射光乙和丙同時照射金屬a，不能發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選B　由λ＝，λ甲>λ乙>λ丙可知，ν甲<ν乙<ν丙。用入射光甲、乙、丙照射金屬a、b、c均恰好發(fā)生光電效應(yīng)，說明a金屬極限頻率最小，c金屬的極限頻率最大，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生條件可知，A、C、D錯誤，B正確。 5．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動能為Ek，當改用c光束照射該金屬板時(　　) A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek B．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek C．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek D．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選B　對a、b、c三束光由光電效應(yīng)方程有：－W＝Ek，－W＝Ek，由以上兩式可得＝Ek，W＝Ek。當改用c光束照射該金屬板時－W＝Ek－Ek＝Ek，故B正確。 6．(xx揚州檢測)某光波射到一逸出功為W的光電材料表面，所產(chǎn)生的光電子在垂直于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做圓周運動的最大半徑為r，設(shè)電子的質(zhì)量為m，帶電量為e，普朗克常量為h，則該光波的頻率為(　　) A.　　　　　　　　　 B. C.＋ D.－ 解析：選C　由evB＝mv2/r可得所產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝mv2＝。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W，解得ν＝＋，選項C正確。 二、多項選擇題 7.(xx汕頭模擬)如圖3所示，用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖3 A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出 C．驗電器指針張開一個角度 D．鋅板帶負電 解析：選BC　用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的，鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯誤、B正確；鋅板與驗電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子應(yīng)該帶正電，且失去電子越多，帶正電的電荷量越多，驗電器指針張角越大，故C正確、D錯誤。 8．(xx海南高考)在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對于這兩個過程，下列四個物理量中，一定不同的是(　　) A．遏止電壓 B．飽和光電流 C．光電子的最大初動能 D．逸出功 解析：選ACD　不同金屬的逸出功一定不同，用同一種光照射，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，光電子的最大初動能一定不同，而Ek＝eUc，可見遏止電壓也一定不同，A、C、D均正確；同一種光照射同一種金屬，入射光越強，飽和電流越大，因此可以調(diào)節(jié)光的強度，實現(xiàn)鋅和銀產(chǎn)生光電效應(yīng)的飽和光電流相同，B錯誤。 9.(xx連云港摸底)某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像如圖4所示。則由圖像可知(　　) 圖4 A．該金屬的逸出功等于hν0 B．遏止電壓是確定的，與照射光的頻率無關(guān) C．若已知電子電量e，就可以求出普朗克常量h D．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0 解析：選ACD　由光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W，eUc＝Ek，聯(lián)立解得Uc＝ν－。由此可知，該金屬的逸出功W＝hν0，若已知電子電量e，根據(jù)圖像斜率等于，就可以求出普朗克常量h，選項A、C正確；遏止電壓隨照射光的頻率增大而增大，選項B錯誤；入射光的頻率為2ν0時，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0，選項D正確。 10．如圖5所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標4.27，與縱軸交點坐標0.5)。由圖可知(　　) 圖5 A．該金屬的截止頻率為 4.271014Hz B．該金屬的截止頻率為5.51014Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為 0.5 eV 解析：選AC　圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確、B錯誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為：W0＝hν0＝ eV＝1.77 eV，D錯誤。 三、非選擇題 11．(xx淮安模擬)從1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。他通過如圖6所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Ucν的圖像，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。圖中頻率ν1、ν2，遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知，求： 圖6 (1)普朗克常量h； (2)該金屬的截止頻率ν0。 解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動能定理eUc＝Ek得Uc＝ν－ν0 結(jié)合圖像知k＝＝＝ 普朗克常量 h＝，ν0＝ 答案：(1) (2) 12．德布羅意認為，任何一個運動著的物體，都有一種波與它對應(yīng)，波長是λ＝，式中p是運動物體的動量，h是普朗克常量。已知某種紫光的波長是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的10－4倍。求： (1)電子的動量大小。 (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長的關(guān)系，并計算加速電壓的大小。電子質(zhì)量m＝9.110－31 kg，電子電荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.610－34 Js，加速電壓的計算結(jié)果取一位有效數(shù)字。 解析：(1)由λ＝ 得p＝＝ kgm/s ＝1.510－23 kgm/s； (2)eU＝Ek＝，又λ＝ 聯(lián)立解得U＝，代入數(shù)據(jù)解得U＝8102 V。 答案：(1)1.510－23 kgm/s　(2)U＝　8102 V 第3節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核 原子結(jié)構(gòu) 對應(yīng)學生用書P224 [必備知識] 1．認識原子結(jié)構(gòu)的線索 氣體放電的研究―→陰極射線―→發(fā)現(xiàn)電子―→湯姆孫的“棗糕模型”盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型玻爾模型。 2．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英國物理學家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。 (2)α粒子散射實驗： ①實驗裝置：如圖3－1所示。 圖3－1 ②實驗結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90，甚至被彈回。 (3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。 [典題例析] (xx閘北區(qū)二模)如圖3－2為盧瑟福的α粒子散射實驗，①、②兩條線表示實驗中α粒子運動的軌跡，則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運動軌跡為(　　) 圖3－2 A．軌跡a　　　　　　　　 B．軌跡b C．軌跡c D．軌跡d [解析]　選A　盧瑟福通過α粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，正電荷全部集中在原子核內(nèi)，α粒子帶正電，同種電荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運動軌跡為a，因離原子核越近，受到的庫侖斥力越強，則偏轉(zhuǎn)程度越大，故A正確，B、C、D錯誤。 三種原子模型的對比 實驗基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)差異 成功和局限 “棗糕模型” 電子的發(fā)現(xiàn) 帶正電物質(zhì)均勻分布在原子內(nèi)，電子鑲嵌其中 解釋了一些實驗現(xiàn)象，無法說明α粒子散射實驗 核式結(jié)構(gòu)模型 α粒子散射實驗 全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，電子繞核旋轉(zhuǎn) 成功解釋了α粒子散射實驗，無法解釋原子的穩(wěn)定性與原子光譜的分立特征 玻爾的原子模型 氫原子光譜的研究 在核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，引入量子化觀點 成功解釋了氫原子光譜，無法解釋較復(fù)雜的原子光譜 [針對訓練] 1．(xx鹽城三模)盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出了兩個α粒子運動到金核附近時的散射軌跡，其中可能正確的是(　　) 圖3－3 解析：選C　α粒子受到原子核的斥力作用而發(fā)生散射，離原子核越近的粒子，受到的斥力越大，散射角度越大，選項C正確，A、B、D錯誤。 2．(xx溫州質(zhì)檢)盧瑟福在分析α粒子散射實驗現(xiàn)象時，認為電子不會對α粒子偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，其主要原因是(　　) A．α粒子與各電子相互作用的效果互相抵消 B．電子的體積很小，α粒子碰不到它 C．電子的電量很小，與α粒子的相互作用力很小，可忽略不計 D．電子的質(zhì)量很小，就算碰到，也不會引起明顯的偏轉(zhuǎn) 解析：選D　盧瑟福在分析α粒子散射實驗現(xiàn)象時，認為電子不會對α粒子偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，其主要原因是電子的質(zhì)量很小，就算碰到，也不會引起明顯的偏轉(zhuǎn)，故D正確。 能級躍遷與光譜線 對應(yīng)學生用書P224 [必備知識] 1．氫原子光譜 氫原子光譜線是最早發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線，這些光譜線可用一個統(tǒng)一的公式表示： ＝R　　　n＝3,4,5…… 2．玻爾的原子模型 (1)玻爾理論： ①軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的可能軌道是不連續(xù)的。 ②定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是不連續(xù)的。這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個定態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。 ③躍遷假設(shè)：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要放出或吸收一定頻率的光子，光子的能量等于兩個狀態(tài)的能量差，即hν＝Em－En。 (2)幾個概念： ①能級：在玻爾理論中，原子各個狀態(tài)的能量值。 ②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。 ③激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他較高的狀態(tài)。 ④量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。 (3)氫原子的能級和軌道半徑： ①氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1為基態(tài)半徑，r1＝0.5310－10 m。 ②氫原子的能級公式：En＝E1(n＝1,2,3…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝－13.6 eV。 3．對氫原子的能級圖的理解 (1)氫原子的能級圖(如圖3－4)。 圖3－4 (2)氫原子能級圖的意義： ①能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)。 ②橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能級。 ③相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小。 ④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En。 4．關(guān)于能級躍遷的三點說明 (1)當光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。 (2)當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小，電子動能增大，原子能量減小。反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大、電子動能減小，原子能量增大。 (3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝Cn2＝。 [典題例析] (xx連云港摸底)如圖3－5所示為氫原子的能級圖?，F(xiàn)有大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷。下列說法正確的是(　　) 圖3－5 A．這些氫原子總共可輻射出三種不同頻率的光 B．氫原子由n＝3躍遷到n＝2產(chǎn)生的光頻率最大 C．這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為10.2 eV D．氫原子由n＝3躍遷到n＝1產(chǎn)生的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) [思路點撥] (1)如何確定大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子輻射的光譜線條數(shù)？ 提示：可利用數(shù)學中的組合知識求解。 (2)光子的能量E、頻率ν之間有什么關(guān)系？頻率最高的光子應(yīng)是哪兩個能級間躍遷發(fā)出的？ 提示：E＝hν。頻率最高的光子是從n＝3能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的。 (3)要使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量應(yīng)滿足什么條件？ 提示：入射光子的能量應(yīng)大于6.34 eV。 [解析]　選AD　大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷，總共可輻射出三種不同頻率的光，氫原子由n＝3躍遷到n＝2產(chǎn)生的光頻率最小，選項A正確B錯誤；當從n＝3能級躍遷到n＝1能級時輻射出光子能量最大，這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，選項C錯誤；氫原子由n＝3躍遷到n＝1產(chǎn)生的光，光子能量為12.09 eV，照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)，選項D正確。 1．原子躍遷的兩種類型 (1)原子吸收光子的能量時，原子將由低能級態(tài)躍遷到高能級態(tài)。但只吸收能量為能級差的光子，原子發(fā)光時是由高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷，發(fā)出的光子能量仍為能級差。 (2)實物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離，是通過實物粒子和原子碰撞來實現(xiàn)的。在碰撞過程中，實物粒子的動能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩個能級差值，就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級；當入射粒子的動能大于原子在某能級的能量值時，也可以使原子電離。 2．一個原子和一群原子的核外電子躍遷 一個氫原子只有一個電子，在某個時刻電子只能在某一個可能的軌道上，當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道上時，可能情況有多種Cn2＝，但產(chǎn)生的躍遷只有一種。而如果是一群氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會出現(xiàn)所有的可能情況。 [針對訓練] 1．(多選)(xx山東高考)氫原子能級如圖3－6，當氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm。以下判斷正確的是(　　) 圖3－6 A．氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656 nm B．用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級 C．一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 D．用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級 解析：選CD　根據(jù)氫原子的能級圖和能級躍遷規(guī)律，當氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長一定小于656 nm，因此A選項錯誤；根據(jù)發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知B選項錯誤，D選項正確；一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C選項正確。 2．(xx浙江高考)玻爾氫