高中物理---共同學案 84 選修3-5高考專項訓練

1、 高二年級 共同學案 20142015學年度下學期高二物理學科導 學 案課題：動量、原子物理 課型：ZHUANTI 時間：2015/5/5【學習目標】1、 2、 3、【學習重點】【學習難點】【基礎(chǔ)記憶】 一、動量守恒定律1、 動量守恒定律的條件：系統(tǒng)所受的總沖量為零（不受力、所受外力的矢量和為零或外力的作用遠小于系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力），即系統(tǒng)所受外力的矢量和為零。（碰撞、爆炸、反沖）注意：內(nèi)力的沖量對系統(tǒng)動量是否守恒沒有影響，但可改變系統(tǒng)內(nèi)物體的動量。內(nèi)力的沖量是系統(tǒng)內(nèi)物體間動量傳遞的原因，而外力的沖量是改變系統(tǒng)總動量的原因。2、動量守恒定律的表達式m1v1+m2v2=m1v1+m2v2（

2、規(guī)定正方向）p1=p2 3、某一方向動量守恒的條件：系統(tǒng)所受外力矢量和不為零，但在某一方向上的力為零，則系統(tǒng)在這個方向上的動量守恒。必須注意區(qū)別總動量守恒與某一方向動量守恒。4、碰撞 （1）完全非彈性碰撞：獲得共同速度，機械能損失最多，動量守恒；（2）彈性碰撞：碰撞前后機械能相等，動量守恒?！局R說明】【新知拓展】特例1：A、B兩物體發(fā)生彈性碰撞，設碰前A初速度為v0，B靜止，則碰后速度， 。 特例2：對于一維彈性碰撞，若兩個物體質(zhì)量相等，則碰撞后兩個物體互換速度 （即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）（3）一般碰撞：有完整的壓縮階段，只有部分恢復階段，動量守恒，動能

3、減小。5、人船模型兩個原來靜止的物體（人和船）發(fā)生相互作用時，不受其它外力，對這兩個物體組成的系統(tǒng)來說，動量守恒，且任一時刻的總動量均為零，由動量守恒定律，有 mv = Mv （注意：幾何關(guān)系） 二、量子理論的建立 黑體和黑體輻射1、量子理論的建立：1900年德國物理學家普朗克提出振動著的帶電微粒的能量只能是某個最小能量值的整數(shù)倍，這個不可再分的能量值叫做能量子= h，h為普朗克常數(shù)（6.63×10-34J·s）2、黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。3、黑體輻射：黑體輻射的規(guī)律溫度越高各種波長的輻射強度都增加，同

4、時，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象）三、光電效應 光子說 光電效應方程 1、光電效應（1）在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫光電子。（實驗圖在課本）（2）光電效應的研究結(jié)果：新教材：存在飽和光電流，這表明入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；存在遏止電壓：光電子具有一定的初速度，初速度的上限vc應滿足以下方程式 1/2mevc2=eUc；截止頻率：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強弱無關(guān)，當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應；效應具有瞬時性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過

5、10-9s。老教材：任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應；低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應；光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大；入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s；當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比。（3）光電管的玻璃泡的內(nèi)半壁涂有堿金屬作為陰極K（與電源負極相連），是因為堿金屬有較小的逸出功。2、光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子被成為光子。3、光電效應方程：EK = h - WO （掌握Ek/Uc圖象的物

6、理意義）同時，h截止 = WO （Ek是光電子的最大初動能；W0是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）四、康普頓效應（表明光子具有動量）1、1918-1922年康普頓（美）在研究石墨對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)：光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可以使光的傳播方向發(fā)生改變光的散射。2、在光的散射過程中，有些散射光的波長比入射光的波長略大，這種現(xiàn)象叫康普頓效應。3、光子的動量： p=h/五、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 不確定關(guān)系1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波；光電效應和康普頓效應又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子，由于光既有波動性，又有粒子

7、性，只能認為光具有波粒二象性。但不可把光當成宏觀觀念中的波，也不可把光當成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運動表現(xiàn)為波動性；光在傳播時顯示波動性，與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往顯示粒子性；頻率小波長大的波動性顯著，頻率大波長小的粒子性顯著。2、光子的能量E=h，光子的動量p=h/表示式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c。3、物質(zhì)波：1924年德布羅意（法）提出，實物粒子和光子一樣具有波動性，任何一個運動著的物體都有一種與之對應的波，波長=h / p，叫物質(zhì)

8、波德布羅意波。4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。5、不確定關(guān)系：xph/4，x表示粒子位置的不確定量，p表示粒子在x方向上的動量的不確定量。 （粒子位置的不確定量x越小，粒子動量的不確定量p越大）六、原子核式模型機構(gòu)1、1897年湯姆生（英）發(fā)現(xiàn)了電子，提出原子的棗糕模型，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。（誰發(fā)現(xiàn)了陰極射線？）2、1909年起英國物理學家盧瑟福做了粒子轟擊金箔的實驗，即粒子散射實驗得到：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù)粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°。3、盧瑟福在1911年

9、提出原子的核式結(jié)構(gòu)學說：在原子的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里繞著核旋轉(zhuǎn)。 按照這個學說，可很好地解釋粒子散射實驗結(jié)果，粒子散射實驗的數(shù)據(jù)還可以估計原子核的大?。〝?shù)量級為10-15m）和原子核的正電荷數(shù)。（ 原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。）七、氫原子的光譜1、光譜的種類：（1）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。熾熱的固體、液體及高溫高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生連續(xù)光譜；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，不同元素的線狀譜線不同，又稱特征譜線。 （2）吸收光譜：連續(xù)譜線中某些頻率的光被稀薄氣體吸收后產(chǎn)生的光譜，元素能發(fā)射出何種頻率的光

10、，就相應能吸收何種頻率的光，因此吸收光譜也可作元素的特征譜線。2、氫原子的光譜是線狀的（這些亮線稱為原子的特征譜線），即輻射波長是分立的。3、基爾霍夫開創(chuàng)了光譜分析的方法：利用元素的特征譜線（線狀譜或吸收光譜）鑒別物質(zhì)的分析方法。八、原子的能級1、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾（矛盾為：a、原子是不穩(wěn)定的；b、原子光譜是連續(xù)譜），1913年玻爾（丹麥）在其基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運用到原子系統(tǒng)上，提出玻爾理論。2、玻爾理論的假設：（1）原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。氫原子的各個定態(tài)的能

11、量值，叫做它的能級。原子處于最低能級時電子在離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)叫做基態(tài)；原子處于較高能級時電子在離核較遠的軌道上運動的這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。 （2）原子從一種定態(tài)（設能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設能量為Em）時，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即 h = EnEm 。 （3）原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。3、玻爾計算公式：rn =n2 r1(n=1,2,3,) r1 =0.53×10-10 m , En = (n=1,2,3,) E1 = -13.6e

12、V ,分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量。（選定離核無限遠處的電勢能為零，電子從離核無限遠處移到任一軌道上，都是電場力做正功，電勢能減少，所以在任一軌道上，電子的電勢能都是負值，而且離核越近，電勢能越小。）4、從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。5、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)為N=k(k1)/2

13、。6、玻爾模型的成功之處在于它引入了量子概念（提出了能級和躍遷的概念，能解釋氣體導電時發(fā)光的機理、氫原子的線狀譜），局限之處在于它過多地保留了經(jīng)典理論（經(jīng)典粒子、軌道等），無法解釋復雜原子的光譜。7、現(xiàn)代量子理論認為電子的軌道只能用電子云來描述。8、光譜測量發(fā)現(xiàn)原子光譜是線狀譜和夫蘭克赫茲實驗證實了原子能量的量子化（即原子中分立能級的存在）九、原子核的組成1、1919年盧瑟福用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應方程。2、盧瑟福預想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子。查德威克經(jīng)過研究，證明：用射線轟擊鈹時，會產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強（1020厘米的鉛板）的不帶電粒子

14、，用其轟擊石蠟時，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，此貫穿能力極強的射線即為設想中的中子。 核反應方程。3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。4、天然放射現(xiàn)象（1）人類認識原子核有復雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從天然放射現(xiàn)象開始的。（2）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗·居里和皮埃爾·居里經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。（3）用磁場來研究放射線的性質(zhì)： 射線帶正電，偏轉(zhuǎn)較小，粒子就是氦原子核，貫穿本領(lǐng)很小，電離作用很強，使底片感光作用很強；

15、射線帶負電，偏轉(zhuǎn)較大，是高速電子流，貫穿本領(lǐng)很強（幾毫米的鋁板），電離作用較弱； 射線中電中性的，無偏轉(zhuǎn)，是波長極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)最強（幾厘米的鉛板），電離作用很小。 十、原子核的衰變 半衰期1、原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?。在衰變中電荷?shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒）。射線是伴隨射線或射線產(chǎn)生的，沒有單獨的衰變（衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。）。衰變 ；衰變。2、半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關(guān)，它是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律。N余= N

16、原（1/2）t/T， m余= m原（1/2）t/T 。十一、放射性的應用與防護 放射性同位素1、放射性同位素的應用：a、利用它的射線（貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學效應）； b、做示蹤原子。2、放射性同位素的防護：過量的射線對人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對細胞核的破壞，因此，在使用放射性同位素時，必須注意人身安全，同時要放射性物質(zhì)對空氣、水源等的破壞。十二、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損1、由于核子間存在著強大的核力（核子之間的引力，特點：核力與核子是否帶電無關(guān)短程力，其作用范圍為1.5×10-15m ，只有相鄰的核子間才發(fā)生作用），所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨

17、大的能量變化。核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量叫原子核的結(jié)合能，亦稱核能。2、我們把核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。愛因斯坦在相對論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式 E=mc2_，就是著名的質(zhì)能聯(lián)系方程，簡稱質(zhì)能方程。 1u= 1.6606×10-27_ kg 相當于931.5 MeV （此結(jié)論在計算中可直接應用）。(1eV=1.6×10-19 J)十三、原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新核的過程，稱為核反應（原子核的人工轉(zhuǎn)變）。在核反應中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。 舉例：（1

18、）如粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；（2）1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子。核反應方程第一次用人工方法得到放射性同位素。十四、重核的裂變 輕核的聚變1、凡是釋放核能的核反應都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應都是釋放核能的。2、1938年德國化學家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變，即一個重核在俘獲一個中子后，分

19、裂成幾個中等質(zhì)量的核的反應過程,這發(fā)現(xiàn)為核能的利用開辟了道路，鈾核裂變：核反應方程。3、中子的增殖使裂變反應能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應。 4、輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變。（例：）發(fā)生聚變的條件是：超高溫（幾百萬度以上），因此聚變又叫熱核反應。 太陽的能量產(chǎn)生于熱核反應?？梢杂迷訌梺硪馃岷朔磻糜袣鋸棥⒖煽責岷朔磻Ｊ煊浺恍嶒炇聦嵉暮朔磻匠淌?。（1）盧瑟福用粒子轟擊氦核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：（2）貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象：衰變 衰變 （3） 查德威克用粒子轟擊鈹核打出中子 （4） 小居里（約里奧-居里）發(fā)現(xiàn)正電子 和（5） 輕核聚變 （6） 重核聚變 2.熟記一些粒子的符號 粒子（）、

20、質(zhì)子（）、 中子（）、 電子（）、氘核（）、 氚核（）【探究學習】【課時檢測】 1、【 2015年 物理選修3-5 】(15分)（1）（5分）實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是 。(填正確答案標號。選對1個得2分，選對4個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣.B射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu).D人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu).E光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)(2) (10分)兩滑塊a、b沿水平面上同一條直線運動，并發(fā)生碰

21、撞；碰撞后兩者粘在一起運動；經(jīng)過一段時間后，從光滑路段進入粗糙路段。兩者的位置x隨時間t變化的圖像如圖所示。求：（i）滑塊a、b的質(zhì)量之比；（ii）整個運動過程中，兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機械能之比。2、【 2014年全國2卷 物理選修3-5 】（15分）(1) ( 5分）在人類對微觀世界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實的是 。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分） A密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數(shù)值. B貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核 C居里夫婦從瀝

22、青鈾礦中分離出釙（Po）和鐳（Ra）兩種新元素. D盧瑟福通過粒子散射實驗證實了原子核內(nèi)部存在質(zhì)子 E湯姆遜通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)實驗，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負電的粒子組成的，并測出了該粒子的比荷.(2)（10分）現(xiàn)利用圖(a)所示裝置驗證動量守恒定律。在圖(a)中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點計時器（圖中未畫出）的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計數(shù)器（未完全畫出）可以記錄遮光片通過光電門的時間。實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1=0.301kg，滑塊B的質(zhì)量m2=0.108kg，遮光片的寬度d=1.00cm；打點計時器所用交流電的頻

23、率f=50.0Hz。將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰。碰后光電計數(shù)器顯示的時間為tB=3.500ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示。圖(a)氣墊導軌光電門遮光片紙帶AB若實驗允許的相對誤差絕對值（）最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律？寫出運算過程。1.91圖(b)（cm）1.921.931.943.254.004.024.034.053、【 2013年全國2卷 物理選修3-5 】（15分）(1) (5分)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是 。(填正確答案標號。選對I個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分；每選錯1個扣3分

24、，最低得分為0分)。.原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量.B.一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能.C. 銫原子核()的結(jié)合能小于鉛原子核()的結(jié)合能.D.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定.自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應的能最大于該原子核的結(jié)合能(2) (10分)如圖，光滑水平直軌道上有三個質(zhì)童均為m的物塊、B、C。 B的左側(cè)固定一輕彈簧（彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)最不計).設A以速度朝B運動，壓縮彈簧；當A、 B速度相等時，B與C恰好相碰并粘接在一起，然后繼續(xù)運動。假設B和C碰撞過程時間極短。求從開始壓縮彈簧直至與彈黃分離的過程中，(i) 整個系統(tǒng)拐失的機械能；(ii) 彈簧被壓縮到最短時的彈性勢能。4、【 2012年全國2卷 物理選修3-5 】（15分）（1）（6分）氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為：，式中x是某種粒子。已知：、和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是_，該反應釋放出的能量為_ MeV（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（2）（9分）如圖，小球a、b用等長細線懸掛于同一固定點O。讓球a靜止下垂，將球b向