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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 動(dòng)量 近代物理初步講義（選修3-5） 考綱下載 (1)動(dòng)量　動(dòng)量守恒定律(Ⅰ) (2)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律(實(shí)驗(yàn)、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(jí)(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(hù)(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?zhǔn)椒磻?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(dòng)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(diǎn)。 (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(duì)知識(shí)的理解和記憶，體現(xiàn)時(shí)代氣息，用新名詞包裝試題；對(duì)動(dòng)量部分的考查通常以實(shí)驗(yàn)和計(jì)算題的形式出現(xiàn)，而且難度不會(huì)太大。 動(dòng)量 動(dòng)量定理 動(dòng)量守恒定律 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P218 [必備知識(shí)] 1．動(dòng)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(hào)：kgm/s。 (4)意義：動(dòng)量是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，是矢量，其方向與速度的方向相同。 2．動(dòng)量定理 (1)內(nèi)容：物體在一個(gè)過程始末的動(dòng)量變化量等于它在這個(gè)過程中所受力的沖量。 (2)表達(dá)式：p′－p＝I或mv′－mv＝F(t′－t)。 (3)沖量：力與力的作用時(shí)間的乘積，即I＝F(t′－t)。 3．動(dòng)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(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。 (2)常用的四種表達(dá)形式： ①p＝p′：即系統(tǒng)相互作用前的總動(dòng)量p和相互作用后的總動(dòng)量p′大小相等，方向相同。 ②Δp＝p′－p＝0：即系統(tǒng)總動(dòng)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(dòng)量的增加量等于另一部分動(dòng)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(dòng)量都在同一直線上時(shí)，作用前的總動(dòng)量與作用后的總動(dòng)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(yuǎn)大于外力。 ③分動(dòng)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(dòng)量守恒。 [典題例析] 下列情形中，滿足動(dòng)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(dòng)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(dòng)量 C．子彈水平穿過墻壁的過程中，子彈和墻壁的總動(dòng)量 D．棒擊壘球的過程中，棒和壘球的總動(dòng)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(dòng)量不守恒，故A錯(cuò)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(dòng)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(dòng)量不守恒，故C錯(cuò)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(dòng)量不守恒，故D錯(cuò)誤。 動(dòng)量守恒的判斷 (1)動(dòng)量守恒定律的研究對(duì)象都是相互作用的物體組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒，與選擇哪幾個(gè)物體作為系統(tǒng)和分析哪一段運(yùn)動(dòng)過程有直接關(guān)系。 (2)分析系統(tǒng)內(nèi)物體受力時(shí)，要弄清哪些是系統(tǒng)的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外的物體對(duì)系統(tǒng)的作用力。 [針對(duì)訓(xùn)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(yùn)動(dòng)，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(dòng)量守恒 B．乙木塊的動(dòng)量守恒 C．甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動(dòng)量守恒 D．甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)量守恒，機(jī)械能也守恒，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確。甲、乙兩木塊碰撞前、后動(dòng)能總量不變，但碰撞過程中有動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，故動(dòng)能不守恒，只是機(jī)械能守恒，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2．下列情況中系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)時(shí)，對(duì)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(duì)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(duì)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(shí) 解析：選ABD　小車停在光滑水平面上，車上的人在車上走動(dòng)時(shí)，對(duì)人與車組成的系統(tǒng)，受到的合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故A正確；子彈射入放在光滑水平面上的木塊中，對(duì)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(dòng)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(dòng)量不守恒，故C錯(cuò)誤；斜向上拋出的手榴彈在空中炸開，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，可以認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故D正確。 對(duì)動(dòng)量守恒定律的理解與應(yīng)用 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P219 [必備知識(shí)] 動(dòng)量守恒定律的“四性” (1)矢量性：表達(dá)式中初、末動(dòng)量都是矢量，需要首先選取正方向，分清各物體初末動(dòng)量的正、負(fù)。 (2)瞬時(shí)性：動(dòng)量是狀態(tài)量，動(dòng)量守恒指對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻的總動(dòng)量都和初時(shí)刻的總動(dòng)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(dòng)量守恒定律時(shí)，各物體的速度必須是相對(duì)同一參考系的速度。一般選地面為參考系。 (4)普適性：動(dòng)量守恒定律不僅適用于兩個(gè)物體所組成的系統(tǒng)，也適用于多個(gè)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(zhǎng)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(shí)C靜止，A、B一起以v0＝5 m/s的速度勻速向右運(yùn)動(dòng)，A與C發(fā)生碰撞(時(shí)間極短)后C向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，A、B再次達(dá)到共同速度一起向右運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)撥] (1)A與C發(fā)生碰撞的時(shí)間極短，滑塊B的速度在此段時(shí)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(shí)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(jì)，木板A與滑塊C組成的系統(tǒng)，在碰撞過程中動(dòng)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(dá)到同速之前系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則 mAvA＋mBv0＝(mA＋mB)v A和B達(dá)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(dòng)量守恒定律解題的步驟 [針對(duì)訓(xùn)練] 1.(xx福建高考)一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)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(yùn)動(dòng)方向上動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律有：(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，解得：v1＝v0＋(v0－v2)，D項(xiàng)正確。 2．(xx江蘇高考)牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中記載，A、B兩個(gè)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(duì)A的速度，接近速度是指碰撞前A對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)應(yīng)學(xué)生用書P220 [必備知識(shí)] 1．碰撞 (1)碰撞現(xiàn)象：兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體在相遇的極短時(shí)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(shí)間短。 ②作用力變化快。 ③內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。 ④滿足動(dòng)量守恒。 (3)碰撞的分類及特點(diǎn)： ①彈性碰撞：動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒。 ②非彈性碰撞：動(dòng)量守恒，機(jī)械能不守恒。 ③完全非彈性碰撞：動(dòng)量守恒，機(jī)械能損失最多。 2．爆炸現(xiàn)象 爆炸過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，爆炸的各部分組成的系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。 3．反沖運(yùn)動(dòng) (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 (2)反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，通?？梢杂脛?dòng)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(dòng)旋轉(zhuǎn)是利用水流噴出時(shí)的反沖作用而運(yùn)動(dòng)的，故屬于反沖運(yùn)動(dòng)；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(yùn)動(dòng)是利用噴氣的方式而獲得動(dòng)力，利用了反沖運(yùn)動(dòng)；碼頭邊的輪胎的作用是延長(zhǎng)碰撞時(shí)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(dòng)量守恒 (2)機(jī)械能不增加 (3)速度要合理 ①若碰前兩物體同向運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，則應(yīng)有v前′≥v后′。 ②碰前兩物體相向運(yùn)動(dòng)，碰后兩物體的運(yùn)動(dòng)方向不可能都不改變。 2．爆炸現(xiàn)象的三個(gè)規(guī)律 (1)動(dòng)量守恒：由于爆炸是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，爆炸物體間的相互作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受到的外力，所以在爆炸過程中，系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。 (2)動(dòng)能增加：在爆炸過程中，由于有其他形式的能量(如化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以爆炸前后系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。 (3)位置不變：爆炸的時(shí)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(jì)，可以認(rèn)為爆炸后仍然從爆炸前的位置以新的動(dòng)量開始運(yùn)動(dòng)。 3．對(duì)反沖現(xiàn)象的三點(diǎn)說明 (1)系統(tǒng)內(nèi)的不同部分在強(qiáng)大內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)，通常用動(dòng)量守恒來處理。 (2)反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加。 (3)反沖運(yùn)動(dòng)中平均動(dòng)量守恒。 [針對(duì)訓(xùn)練] 1．(xx漳州三模)在光滑的水平面上有兩個(gè)在同一直線上相向運(yùn)動(dòng)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(shí)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?yàn)?　　) 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(duì)象，以甲的初速度方向?yàn)檎较?，碰撞過程，由動(dòng)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(fù)號(hào)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(duì)象，取向右方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)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(shí)跟蹤檢測(cè)] 一、單項(xiàng)選擇題 1．(xx廣州調(diào)研)兩球在水平面上相向運(yùn)動(dòng)，發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止?？梢钥隙ǖ氖牵銮皟汕虻?　　) A．質(zhì)量相等　　　　　　　 B．動(dòng)能相等 C．動(dòng)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(dòng)量守恒，兩球在水平面上相向運(yùn)動(dòng)，發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止，故根據(jù)動(dòng)量守恒定律可以斷定碰前兩球的動(dòng)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(diǎn)火升空，在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)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(shí)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(duì)動(dòng)量守恒定律的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用能力。由動(dòng)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(duì)小船靜止。若救生員以相對(duì)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(dòng)量守恒定律，選向右方向?yàn)檎较?，則有(M＋m)v0＝Mv′－mv，解得v′＝v0＋(v0＋v)，故選項(xiàng)C正確。 4．(xx泉州質(zhì)檢)“爆竹聲中一歲除，春風(fēng)送暖人屠蘇”，爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志，是喜慶心情的流露。有一個(gè)質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v0、方向水平向東，在最高點(diǎn)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(diǎn)水平方向動(dòng)量守恒，由動(dòng)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(shí)刻發(fā)生正碰，并且在碰撞過程中無機(jī)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(dòng)能將會(huì)大于a球最初的動(dòng)能，違背能量守恒定律，則必然滿足maλ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒有光電流 B．若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí)，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(dāng)用波長(zhǎng)為λ0的光照射陰極K時(shí)，電路中有光電流，只有換用頻率更大，也就是波長(zhǎng)比λ0小的光照射陰極K時(shí)才一定有光電流，換用波長(zhǎng)比λ0大的光時(shí)情況不確定，A錯(cuò)誤，B正確。電路中光電流由光電子數(shù)目決定，與光的強(qiáng)度有關(guān)，與電路中電源兩極電壓無關(guān)，C錯(cuò)誤。若將電源極性反接，光電子做減速運(yùn)動(dòng)，若接近A板時(shí)還沒有減速到零，電路中就可能有光電流產(chǎn)生，D錯(cuò)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(zhǎng)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(shí)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(shí)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(cuò)誤，B正確。 5．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長(zhǎng)關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)(　　) A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek B．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek C．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek D．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選B　對(duì)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(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)－W＝Ek－Ek＝Ek，故B正確。 6．(xx揚(yáng)州檢測(cè))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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)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(dòng)能Ek＝mv2＝。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W，解得ν＝＋，選項(xiàng)C正確。 二、多項(xiàng)選擇題 7.(xx汕頭模擬)如圖3所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，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(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 D．鋅板帶負(fù)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(cuò)誤、B正確；鋅板與驗(yàn)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(yàn)電器指針張角越大，故C正確、D錯(cuò)誤。 8．(xx海南高考)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(duì)于這兩個(gè)過程，下列四個(gè)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)，飽和電流越大，因此可以調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)鋅和銀產(chǎn)生光電效應(yīng)的飽和光電流相同，B錯(cuò)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(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)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(xiàng)A、C正確；遏止電壓隨照射光的頻率增大而增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；入射光的頻率為2ν0時(shí)，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0，選項(xiàng)D正確。 10．如圖5所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)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(cuò)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(cuò)誤。 三、非選擇題 11．(xx淮安模擬)從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)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(cè)出的h相比較，以檢驗(yàn)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(dòng)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(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)是λ＝，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量。已知某種紫光的波長(zhǎng)是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長(zhǎng)是這種紫光波長(zhǎng)的10－4倍。求： (1)電子的動(dòng)量大小。 (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長(zhǎng)的關(guān)系，并計(jì)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(jì)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(duì)應(yīng)學(xué)生用書P224 [必備知識(shí)] 1．認(rèn)識(shí)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(xué)家盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。 (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)： ①實(shí)驗(yàn)裝置：如圖3－1所示。 圖3－1 ②實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進(jìn)，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(gè)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(fù)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(shí)驗(yàn)，①、②兩條線表示實(shí)驗(yàn)中α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡為a，因離原子核越近，受到的庫侖斥力越強(qiáng)，則偏轉(zhuǎn)程度越大，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 三種原子模型的對(duì)比 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，無法說明α粒子散射實(shí)驗(yàn) 核式結(jié)構(gòu)模型 α粒子散射實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)，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(diǎn) 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(duì)訓(xùn)練] 1．(xx鹽城三模)盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出了兩個(gè)α粒子運(yùn)動(dòng)到金核附近時(shí)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(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 2．(xx溫州質(zhì)檢)盧瑟福在分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為電子不會(huì)對(duì)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(jì) D．電子的質(zhì)量很小，就算碰到，也不會(huì)引起明顯的偏轉(zhuǎn) 解析：選D　盧瑟福在分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為電子不會(huì)對(duì)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(huì)引起明顯的偏轉(zhuǎn)，故D正確。 能級(jí)躍遷與光譜線 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P224 [必備知識(shí)] 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(gè)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(yùn)動(dòng)，電子繞核運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(gè)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(gè)能量狀態(tài)向另一個(gè)能量狀態(tài)躍遷時(shí)要放出或吸收一定頻率的光子，光子的能量等于兩個(gè)狀態(tài)的能量差，即hν＝Em－En。 (2)幾個(gè)概念： ①能級(jí)：在玻爾理論中，原子各個(gè)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(jí)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(jí)公式：En＝E1(n＝1,2,3…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝－13.6 eV。 3．對(duì)氫原子的能級(jí)圖的理解 (1)氫原子的能級(jí)圖(如圖3－4)。 圖3－4 (2)氫原子能級(jí)圖的意義： ①能級(jí)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(jí)。 ③相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級(jí)差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小。 ④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En。 4．關(guān)于能級(jí)躍遷的三點(diǎn)說明 (1)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)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(dòng)能。 (2)當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小。反之，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大、電子動(dòng)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(shí)，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(jí)圖?，F(xiàn)有大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)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(shí)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(diǎn)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(xué)中的組合知識(shí)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(gè)能級(jí)間躍遷發(fā)出的？ 提示：E＝hν。頻率最高的光子是從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)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(jí)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(xiàng)A正確B錯(cuò)誤；當(dāng)從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)輻射出光子能量最大，這些氫原子躍遷時(shí)輻射出光子能量的最大值為(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，選項(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D正確。 1．原子躍遷的兩種類型 (1)原子吸收光子的能量時(shí)，原子將由低能級(jí)態(tài)躍遷到高能級(jí)態(tài)。但只吸收能量為能級(jí)差的光子，原子發(fā)光時(shí)是由高能級(jí)態(tài)向低能級(jí)態(tài)躍遷，發(fā)出的光子能量仍為能級(jí)差。 (2)實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離，是通過實(shí)物粒子和原子碰撞來實(shí)現(xiàn)的。在碰撞過程中，實(shí)物粒子的動(dòng)能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩個(gè)能級(jí)差值，就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級(jí)；當(dāng)入射粒子的動(dòng)能大于原子在某能級(jí)的能量值時(shí)，也可以使原子電離。 2．一個(gè)原子和一群原子的核外電子躍遷 一個(gè)氫原子只有一個(gè)電子，在某個(gè)時(shí)刻電子只能在某一個(gè)可能的軌道上，當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道上時(shí)，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(shí)就會(huì)出現(xiàn)所有的可能情況。 [針對(duì)訓(xùn)練] 1．(多選)(xx山東高考)氫原子能級(jí)如圖3－6，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)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(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656 nm B．用波長(zhǎng)為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級(jí) C．一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線 D．用波長(zhǎng)為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級(jí) 解析：選CD　根據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)一定小于656 nm，因此A選項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C選項(xiàng)正確。 2．(xx浙江高考)玻爾氫