(共16张PPT)
2013高考导航
第一节 描述运动的基本概念
第二节 匀变速直线运动的规律及应用
第三节 运动图象 追及、相遇问题
实验一 研究匀变速直线运动
高考热点集训(一)
第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究
必修1
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第一节 重力 弹力 摩擦力
第二节 力的合成与分解
第三节 受力分析 共点力的平衡
实验二 探究弹力与弹簧伸长的关系
实验三 验证力的平行四边形定则
高考热点集训(二)
第二章 相互作用
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第一节 牛顿第一、第三定律
第二节 牛顿第二定律 两类动力学问题
第三节 牛顿运动定律的综合应用
实验四 验证牛顿运动定律
高考热点集训(三)
第三章 牛顿运动定律
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第一节 曲线运动 运动的合成与分解
第二节 抛体运动
第三节 圆周运动
第四节 万有引力与航天
高考热点集训(四)
第四章 曲线运动 万有引力与航天
必修2
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第一节 功和功率
第二节 动能 动能定理
第三节 机械能守恒定律
第四节 功能关系 能量守恒
实验五 探究动能定理
实验六 验证机械能守恒定律
高考热点集训(五)
第五章 机械能及其守恒定律
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第一节 电场的力的性质
第二节 电场的能的性质
第三节 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动
高考热点集训(六)
第六章 静电场
选修3-1
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第一节 串、并联电路和欧姆定律、电阻定律
第二节 电动势 闭合电路的欧姆定律
实验七 测定金属的电阻率
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
实验九 测定电源的电动势和内阻
实验十 练习使用多用电表
高考热点集训(七)
第七章 恒定电流
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第一节 磁场的描述 磁场对电流的作用
第二节 磁场对运动电荷的作用
第三节 带电粒子在复合场中的运动
高考热点集训(八)
第八章 磁 场
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第一节 电磁感应现象 楞次定律
第二节 法拉第电磁感应定律 自感 涡流
第三节 电磁感应规律的综合应用
高考热点集训(九)
第九章 电磁感应
选修3-2
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第一节 交变电流的产生和描述
第二节 变压器 远距离输电
实验十一 传感器的简单使用
高考热点集训(十)
第十章 交变电流 传感器
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第一节 分子动理论 内能
第二节 固体、液体与气体
第三节 热力学定律与能量守恒
实验 用油膜法估测分子的大小
热 学
选修3-3
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第一节 机械振动
第二节 机械波
实验一 探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
第一章 机械振动 机械波
选修3-4
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第一节 光的折射 全反射
第二节 光的波动性
实验二 测定玻璃的折射率
实验三 用双缝干涉测量光的波长
第二章 光
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第三章 电磁波 相对论简介
第三章 电磁波 相对论简介
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动量、动量守恒定律及其应用
实验 验证动量守恒定律
第一章 动量守恒定律
选修3-5
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第一节 波和粒子
第二节 原子结构 氢原子光谱
第三节 核反应 核能
第二章 近代物理(共55张PPT)
第一章 动量守恒定律
第一章 动量守恒定律
动量、动量守恒定律及其应用
基础梳理自学导引
一、动量
物体的_______和______的乘积叫做动量，p＝_____.在国际单位制中单位是____________.
动量是______，方向与物体的______方向相同．
质量
速度
mv
kg·m/s
矢量
速度
二、动量守恒定律
1．系统：相互作用的几个物体构成系统．系统中各物体之间的相互作用力称为________，外部其他物体对系统的作用力叫做________．
2．定律内容：如果一个系统__________作用，或者所受的_______为零，这个系统的总动量保持不变．
内力
外力
不受外力
合外力
3．定律的表达式
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ ，两个物体组成的系统___________等于____________．
可写为：p＝p′、Δp＝0和Δp1＝－Δp2
初动量
末动量
4．守恒条件
(1)理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒．
(2)近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．
(3)分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒．
三、碰撞
1．概念：碰撞指的是物体间相互作用持续时间很短，物体间相互作用力很大的现象，在碰撞过程中，一般都满足内力_________外力，故可以用动量守恒定律处理碰撞问题．
远大于
2．分类
(1)弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能______，相互作用过程中遵循的规律是______守恒和_________守恒．
(2)非弹性碰撞：在碰撞过程中机械能损失的碰撞，在相互作用过程中只遵循___________定律．
守恒
动量
机械能
动量守恒
(3)完全非弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能损失________，作用后两物体粘合在一起，速度_______，相互作用过程中只遵循____________定律．
最大
相等
动量守恒
要点透析直击高考
一、动量、动能、动量的变化量的比较
名称
项目 动量 动能 动量的变化量
定义 物体的质量和速度的乘积 物体由于运动而具有的能量 物体末动量与初动量的矢量差
定义式 p＝mv Δp＝p′－p
名称
项目 动量 动能 动量的变化量
矢标性 矢量 标量 矢量
特点 状态量 状态量 过程量
关联
方程 Δp＝mv′
－mv
即时应用
1．一个质量不变的物体，动量变化量的大小为5 kg·m/s，这说明( )
A．物体的动量在减小
B．物体的动量在增大
C．物体的动量大小可能不变
D．物体的动能可能不变
解析：选CD.动量是矢量，动量变化了5 kg·m/s,物体动量的大小可能在增加,也可能在减小，还可能不变．如物体以大小为5 kg·m/s的动量做匀速圆周运动时，物体的动量大小保持不变，当末动量方向与初动量方向间的夹角为60°时，物体的动量变化量的大小为5 kg·m/s，而动能未变，故C、D正确．
二、正确理解动量守恒定律
1．研究对象：相互作用的物体组成的系统．
2．对“总动量保持不变”的正确理解
不仅指系统的初末两个时刻的总动量相等，而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等．
3．动量守恒定律的“五性”
(1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，表现在：
①该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，而且方向也相同．
②在求初、末状态系统的总动量p＝p1＋p2＋…和p′＝p′1＋p′2＋…时，要按矢量运算法则计算．如果各物体动量的方向在同一直线上,要选取一正方向,将矢量运算转化为代数运算．
(2)相对性：动量守恒定律中，系统中各物体在相互作用前后的动量，必须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为对地的速度．
(3)条件性：动量守恒定律是有条件的，应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件．
(4)同时性：动量守恒定律中p1、p2…必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p′1、p′2…必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量．
(5)普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统．不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统．
4．应用动量守恒定律的解题步骤
(1)确立相互作用的系统为研究对象；
(2)分析研究对象所受的外力；
(3)判断系统是否符合动量守恒条件；
(4)规定正方向，确定初、末状态动量的正、负号；
(5)根据动量守恒定律列式求解．
即时应用
三、碰撞、爆炸及反冲现象的特点分析
1．碰撞现象
(1)动量守恒．
(2)机械能不增加．
(3)速度要合理
①若碰前两物体同向运动，则应有v后＞v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v′前≥v′后．
②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变．
2．爆炸现象
(1)动量守恒：由于爆炸是在极短的时间内完成的，爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力，所以在爆炸过程中，系统的总动量守恒．
(2)动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸前后系统的总动能增加．
(3)位置不变：爆炸和碰撞的时间极短，因而作用过程中，物体产生的位移很小，一般可忽略不计，可以认为爆炸或碰撞后仍然从爆炸或碰撞前的位置以新的动量开始运动．
3．反冲现象
(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．
(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理．
(3)反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总动能增加．
即时应用
3．在静水中一条长l的小船,质量为M,船上一个质量为m的人，当他从船头走到船尾,若不计水对船的阻力,则船移动的位移大小为( )
题型探究讲练互动
动量守恒定律的基本应用
例1
如图1－1－1所示，两块厚度相同的木块A、B
图1－1－1
紧靠着放在光滑的桌面上，其质量分别为2.0 kg、0.90 kg，它们的下表面光滑，上表面粗糙．另有质量为0.10 kg的铅块C(大小可以忽略)以10 m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面，
由于摩擦，铅块C最后停在木块B上，此时B、C的共同速度v＝0.5 m/s.求木块A的最终速度和铅块C刚滑到B上时的速度．
【解析】 木块一起向右运动，铅块C刚离开A时的速度设为v′C，A和B的共同速度为vA，在铅块滑过A的过程中，A、B、C所组成的系统动量守恒，有mCv0＝(mA＋mB)vA＋mCv′C
在铅块C滑上B后，由于B继续加速，
所以A、B分离，A以vA匀速运动，在铅块C在B上滑行的过程中，B、C组成的系统动量守恒，
有：mBvA＋mCv′C＝(mB＋mC)v
代入数据解得：vA＝0.25 m/s，
v′C＝2.75 m/s.
【答案】 0.25 m/s 2.75 m/s
动量守恒中的临界问题
例2
2011·高考山东卷)如图1－1－2所示，甲、乙两船的总质量(包括船、人和货物)分别为10m、12m，
图1－1－2
两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2v0、v0.为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船，甲船上的人将货物接住,求抛出货物的最小速度．(不计水的阻力)
【解析】 设乙船上的人抛出货物的最小速度大小为vmin，抛出货物后船的速度为v1，甲船上的人接到货物后船的速度为v2，由动量守恒定律得
12m×v0＝11m×v1－m×vmin①
10m×2v0－m×vmin＝11m×v2②
为避免两船相撞应满足
v1＝v2③
联立①②③式得
vmin＝4v0.
【答案】 4v0
【方法技巧】 处理动量守恒定律中的临界问题要抓住以下两点：
(1)寻找临界状态
题设情景中看是否有相互作用的两物体相距最近，避免相碰和物体开始反向运动等临界状态．
(2)挖掘临界条件
在与动量相关的临界问题中，临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系，即速度相等或位移相等．正确把握以上两点是求解这类问题的关键．
碰撞规律的应用
例3
(2012·合肥质检)质量为m、速度为v的A球与质量为3m的静止B球发生正碰．碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，
因此，碰撞后B球的速度可能有不同的值．碰撞后B球的速度大小可能是( )
A．0.6v B．0.4v
C．0.2v D．v
当v2＝0.2v时，v1＝0.4v，则碰撞后的A球的速度大于B球的速度，而两球碰撞，A球不可能穿透B球，故C错误；当v2＝v时，v1＝－2v，则显然碰撞后的总动能远大于碰撞前的总动能，故D错误．
【答案】 B
(2011·高考新课标全国卷)如图1－1－3所示，
图1－1－3
动量与能量综合
例4
A、B、C三个木块的质量均为m，置于光滑的水平桌面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连．将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展,以至于B、C可视为一个整体．
现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起．以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A、B分离．已知C离开弹簧后的速度恰为v0.求弹簧释放的势能．
【解析】 设碰后A、B和C的共同速度的大小为v，由动量守恒定律得mv0＝3mv①
设C离开弹簧时，A、B的速度大小为v1，由动量守恒定律得
3mv＝2mv1＋mv0②
知能演练强化闯关
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放1．(2011·高考天津卷)下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )
A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现
C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现
解析：选C.光电效应实验说明光的粒子性，伦琴射线的发现说明X射线是一种比光波波长更短的电磁波，氢原子光谱的发现促进了氢原子模型的提出．故C正确．
2．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有( )
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核结构的道路
D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的
解析：选B.卢瑟福通过α粒子散射实验设想原子内的正电荷集中在很小的核内，A错；C项中不是探索原子核结构，而是原子结构，故C错，选项B正确．玻尔理论有局限性，但不能说是错误的，D错．
3．(2011·高考四川卷)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )
A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
解析：选D.由跃迁假设及题意可知，hν1＝Em－En，hν2＝Ek－En，红光频率ν1小于紫光频率ν2，所以能级k能量大于能级m能量，所以从能级k到能级m需要辐射光子，A、C错误；hν3＝Ek－Em，解三式得：hν3＝hν2－hν1，D正确．
4．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )
A．氢原子的能量增加
B．氢原子的能量减少
C．氢原子要吸收一定频率的光子
D．氢原子要放出一定频率的光子
解析：选BD.氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B、D正确．
5．(2011·高考大纲全国卷)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量E n＝E1/n2，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )
A．－ B．－
C．－ D．－
解析：选C.依题意可知第一激发态能量为E2＝E1/22，要将其电离，需要的能量至少为ΔE＝0－E2＝hν，根据波长、频率与波速的关系c＝νλ，联立解得最大波长λ＝－，C正确．
6. (2012·温州测试)已知金属钾的逸出功为2.22 eV，氢原子的能级示意图如图2－2－6所示，一群处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有( )
图2－2－6
A．一种 B．两种
C．三种 D．四种
解析：选B.要从金属钾的表面打出光电子，入射光的能量应大于钾的逸出功，一群处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，只有3能级向1能级、2能级向1能级跃迁时发出的光子能量大于钾的逸出功，因此选B.
7．(2010·高考课标全国卷)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则( )
A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1
C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋
解析：选B.大量氢原子发生跃迁时只有三个频率的光谱，这说明氢原子受激发跃迁到n＝3的激发态，然后从n＝3能级向低能级跃迁产生三个频率的光谱，根据能量守恒有 ：
hν0＝hν3＝hν2＋hν1，解得：ν0＝ν3＝ν2＋ν1，故选项B正确．
8. 如图2－2－7为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是( )
图2－2－7
A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析：选D.最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝h＝En－Em，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4能级到n＝3能级，故A、B错误．由C可知n＝4能级上的氢原子共可辐射出C＝6种不同频率的光，故C错误．根据hν＝E2－E1及发生光电效应的条件hν≥W0可知D正确．
9．许多物质在紫外线照射下能发出荧光，紫外线照射时，这些物质的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是( )
A．两次跃迁均向高能级跃迁，且ΔE1＞ΔE2
B．两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1＜ΔE2
C．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且ΔE1＞ΔE2
D．先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1＜ΔE2
解析：选C.第一次跃迁是吸收紫外线光子，第二次跃迁是放出可见光光子．由于hν1＞hν2，故ΔE1＞ΔE2，C项正确．
10. 如图2－2－8所示为氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62 eV～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则实物粒子的能量E( )
图2－2－8
A．一定有4.73 eV>E>1.62 eV
B．E的值可能使处于基态的氢原子电离
C．E一定大于2.86 eV
D．E的值可能使基态氢原子产生可见光
解析：选BD.红外线光子的能量小于可见光光子的能量，由实物粒子轰击大量处于第2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，则说明处于第2能级的氢原子受激发后至少跃迁到第5能级．所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV，A、C错误；因为E可以取大于或等于2.86 eV的任意值，则B、D正确．
11. 如图2－2－9所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子，问：
图2－2－9
(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？
(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
解析：(1)氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：
hν＝En－E2＝2.55 eV
En＝hν＋E2＝－0.85 eV
所以，n＝4
基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供的能量为
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
(2)辐射跃迁图如答案图所示．
答案：(1)12.75 eV
12．在研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟．在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动．当然这时的向心力不是粒子间的万有引力(可忽略不计)，而是粒子的静电力．设氢原子中，电子和原子核的带电荷量大小都是e＝1.60×10－19 C，电子在第1、2可能轨道运行时，其运动半径分别为r1＝0.53×10－10 m，r2＝4r1，据此求：
(1)电子分别在第一、二可能轨道运行时的动能(以eV为单位)．
(2)当电子从第一可能轨道跃迁到第二可能轨道时，原子还需吸收10.2 eV的光子，那么电子的电势能增加了多少？(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
解析：(1)电子所受静电力提供向心力k＝
故Ek＝mv2＝
Ek1＝ J＝13.6 eV
Ek2＝Ek1＝3.4 eV.
(2)根据能量守恒，ΔEp＝ΔE＋(Ek1－Ek2)
故ΔEp＝20.4 eV.
答案：(1)13.6 eV 3.4 eV (2)20.4 eV1．(2012·温州十校联考)下列说法正确的是( )
A．核反应堆产生的能量是来自于轻核聚变
B．太阳能来源于轻核聚变
C．γ射线是带负电的粒子流
D．γ射线比α射线更容易穿透物体
解析：选BD.核反应堆产生的能量来自于重核裂变，A错误；γ射线是不带电的光子流，C错误．
2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有( )
A．是原子核质量减少一半所需的时间
B．是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期
D．可以用来测定地质年代、生物年代等
解析：选BD.原子核衰变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，A错B对；衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，故C错D对．
3．(2012·浙江三校联考)居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病．根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是( )
A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个
B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个
C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了1个
D．在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱
解析：选D.α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个；β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，中子数减少了1个；γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数不变，故ABC错误，D正确．
4．(2010·高考大纲全国卷Ⅰ)原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变 ②变为原子核Pa，再经放射性衰变 ③变为原子核U.放射性衰变①、②和③依次为( )
A．α衰变、β衰变和β衰变
B．β衰变、α衰变和β衰变
C．β衰变、β衰变和α衰变
D．α衰变、β衰变和α衰变
解析：选A.根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特点，U核与Th核比较可知，核反应的另一产物为He，所以衰变①为α衰变，BC项排除；Pa核与U核比较可知，核反应的另一产物为e，所以衰变③为β衰变，A正确．
5．下列说法正确的是( )
A.N＋H→C＋He是α衰变方程
B.H＋H→He＋γ是核聚变反应方程
C.U→Th＋He是核裂变反应方程
D.He＋Al→P＋n是原子核的人工转变方程
解析：选BD.核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确．
6．(2010·高考大纲全国卷Ⅱ)原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )
A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2
C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2
解析：选D.该核反应的方程式为：X＋H→He＋H，由质量数和电荷数守恒得：A＝4＋1－2＝3，Z＝2＋1－1＝2，故正确答案为D.
7．(2012·温州五校联考)在现代兵器体系中，潜艇和航母几乎算得上是一对天生的冤家对头，整个二战期间，潜艇共击沉航母17艘，占全部沉没航母数量的40.5%.中国有亚洲最大的潜艇部队，拥有自行开发的宋级柴电动力潜艇和汉级核动力潜艇，核动力潜艇中核反应堆释放的核能被转化成动能和电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能．核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的众多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则( )
A．X为质子 a＝3 B．X为质子 a＝2
C．X为中子 a＝2 D．X为中子 a＝3
解析：选D.由重核裂变方程以及核反应方程中电荷数守恒可得出X电荷数0，即X应为中子，又由质量数守恒可得a＝3，D正确．
8.U经过一系列α衰变和β衰变，最后变成Pb，衰变方程可写为：U→Pb＋nα＋kβ，则( )
A．n＝7，k＝4 B．n＝5，k＝0
C．n＝6，k＝4 D．n＝4，k＝7
答案：A
9．(2011·高考重庆卷)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
解析：选D.β射线是由原子核内一个中子变成一个质子而放出的电子构成，A错误；γ光子的频率高于可见光的频率，由光子能量E＝hν知B错误；由于铯137的半衰期比碘131的半衰期长，所以碘131比铯137衰变更快，C错误；同位素具有相同质子数和不同中子数．D正确．
10．(2012·宝鸡质检)质量亏损、原子核的结合能是核能研究中的重要概念，若已知碳原子的质量为m1，碳原子核的质量为m2，氢原子的质量为m3，氢原子核的质量为m4，中子的质量为m5，光在真空中传播的速度为c，则以下判断中错误的是( )
A．核子结合成碳原子核时释放的能量为(6m4＋6m5－m2)c2
B．核子结合成碳原子核时释放的能量为(6m3＋6m5－m1)c2
C．碳原子核被分解成核子时吸收的能量至少为(6m4＋6m5－m2)c2
D．碳原子核被分解成核子时吸收的能量至少为(m1－m2)c2
答案：D
11．(1)(2011·高考山东卷)碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．
①碘131核的衰变方程：I→________(衰变后的元素用X表示)．
②经过________天有75%的碘131核发生了衰变．
(2)(2011·高考江苏卷)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋N→O＋H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？
X粒子以动能Ek轰击静止的N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．
解析：(1)①X＋e ②由＝＝75%代入数据解得τ＝16(天)
(2)根据核反应中质量数和电荷数守恒，可求X粒子质量数和电荷数分别为4和2，所以粒子是He；He粒子轰击静止的N核，说明He粒子具有动量，由动量守恒知，反应后总动量不为零，则系统剩有能量，所以这样的核反应不能发生．
答案：(1)①X＋e ②16
(2)见解析
12．氮核N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．
(1)写出此核反应的方程，求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
(2)此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据．
解析：(1)N＋n―→B＋He
用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和新核的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3
代入数值，得v3＝－8.2×105m/s
即反应后生成的新核的速度大小为8.2×105m/s
方向与反应前中子的速度方向相反
(2)反应前的总动能E1＝m1v
反应后的总动能E2＝m2v＋m3v
经计算知E1>E2，故可知反应中发生了质量盈余，没有亏损．
答案：(1)N＋n―→B＋He
8．2×105m/s 与反应前中子的速度方向相反
(2)见解析(共49张PPT)
第二节 原子结构 氢原子光谱
基础梳理自学导引
一、原子结构
1．电子的发现：1897年，英国物理学家_________发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕．
汤姆孙
2．原子的核式结构
(1)1909～1911年，英国物理学家___________进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型．
(2)α粒子散射实验
卢瑟福
①实验装置：如图2－2－1所示．
图2－2－1
②实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿_______前进，少数发生________偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．
直线
大角度
(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部________和几乎全部________都集中在原子核里，带负电的_______在核外空间绕核旋转．
正电荷
质量
电子
二、氢原子光谱与玻尔理论
1．光谱的分类
3．玻尔理论
(1)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是___________的．
不连续
(2)定态：原子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中原子是_________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．
不连续
稳定
(3)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它_______或_______一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定．即hν＝_________.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s)
辐射
吸收
Em－En
(2)氢原子的半径公式：
rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，
其中r1为基态半径，又称玻尔半径，
r1＝0.53×10－10 m.
2．氢原子的能级图：如图2－2－2.
图2－2－2
要点透析直击高考
一、对氢原子跃迁的理解
1．原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．
2．原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．
3．当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV,氢原子电离后，电子具有一定的初动能．
4．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．
特别提醒：原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差.原子电离时所吸收的光子的能量满足ΔE≥E∞－En.
即时应用
1.氢原子的能级如图2－2－3所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV.下列说法错误的是( )
图2－2－3
A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光
从高能级跃迁到n＝3能级释放能量最多为1.51 eV＜1.62 eV，此光为红外线具有显著热效应，故B项不选．故选D.
3．电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减．
当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之,轨道半径增大时,电势能增加．
即时应用
2．(2011·高考江苏卷)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．
题型探究讲练互动
原子结构与α粒子散射实验
例1
(1)卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现．关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是( )
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
(2)(2011·高考上海卷)卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是( )
图2－2－4
【解析】 (1)α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错．玻尔发现了电子轨道量子化，D错．
(2)α粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核时，由于α粒子质量较小而反弹．
【答案】 (1)C (2)D
氢原子能级跃迁与光谱线问题
例2
(1)氢原子的部分能级如图2－2－5所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子( )
图2－2－5
A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短
B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光
(2)(2010·高考山东卷)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子,其能量值分别是：1.89 eV,10.2 eV,12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在___个激发态能级上，其中最高能级的能量值是_____eV(基态能量为－13.6 eV)．
即1.89 eV≤E≤3.40 eV，可见有一部分光处于紫外线区域，B错误．从高能级向n＝3的能级跃迁时，光子能量最高值为E＝－E3＝1.51 eV，比可见光光子能量小，C错误．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，光子能量E＝E3－E2＝1.89 eV，D正确．
(2)由于大量氢原子在处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，可知氢原子处于最高能级是n＝3，跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上；其中最高能级的能量值是E3＝－1.51 eV.
【答案】 (1)AD (2)2 －1.51
与能级有关的能量计算
例3
(2010·高考海南卷)(1)能量为Ei的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量Ei称为氢的电离能．
现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为_______(用光子频率ν、电子质量m、氢原子的电离能Ei和普朗克常量h表示)．
(2)氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6 eV，求氢原子处于基态时：
①电子的动能；
②原子的电势能；
③用波长是多少的光照可使其电离？
②因为E1＝Ek1＋Ep1，
所以Ep1＝E1－Ek1
＝－13.6 eV－13.6 eV
＝－27.2 eV.
知能演练强化闯关
本部分内容讲解结束
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第一章 动量守恒定律
2013 高考导航
考纲展示
1.动量守恒定律及其应用 Ⅱ
2.弹性碰撞和非弹性碰撞 Ⅰ
实验：验证动量守恒定律
说明：只限于一维两个物体的碰撞问题
命题热点
1.本章高考的重点是动量的概念和动量守恒定律的应用，一般结合碰撞特别是微观粒子的碰撞等实际过程考查分析问题的能力，涉及过程一般不太复杂，题型通常为计算题．
2.探究动量守恒的几种不同实验方案是本章命题的另一热点.
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放1. 光滑水平地面上，A、B两物体质量都为m，A以速度v向右运动，B原来静止，左端有一轻弹簧，如图1－1－4所示，当A撞上弹簧，弹簧被压缩最短时( )
图1－1－4
A．A、B系统总动量仍然为mv
B．A的动量变为零
C．B的动量达到最大值
D．A、B的速度相等
解析：选AD.系统水平方向动量守恒，A正确；弹簧被压缩到最短时A、B两物块具有相同的速度，D正确、B错误；但此时B的速度并不是最大，因为弹簧还会弹开，故B物块会进一步加速，A物块会进一步减速，C错误．
2. 如图1－1－5所示，一个木箱原来静止在光滑水平面上，木箱内粗糙的底板上放着一个小木块，木箱和小木块都具有一定的质量．现使木箱获得一个向右的初速度v0，则下列说法中正确的有( )
图1－1－5
A．小木块和木箱最终都将静止
B．小木块最终将相对木箱静止，二者一起向右运动
C．小木块在木箱内壁将始终来回碰撞，而木箱一直向右运动
D．如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止，则二者将一起向左运动
解析：选B.系统不受外力，系统动量守恒，最终两个物体以相同的速度一起向右运动，B对．
3．(2011·高考福建卷)在光滑水平面上，一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反．则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A．0.6v B．0.4v
C．0.3v D．0.2v
解析：选A.根据动量守恒定律得：mv＝2mvB－mvA化简可得，vA＝2vB－v，因vA>0.所以vB>，故只有A项正确．
4．(2012·江苏盐城模拟) 如图1－1－6所示，质量为M的小车和车上站着一个质量为m的人一起以速度大小v0在光滑水平地面上向右匀速运动，当人以相对地的速度大小u向左水平跳出后，车的速度大小v为( )
图1－1－6
A.v0 B.v0－u
C.v0＋u D．v0＋u
解析：选C.对人和车组成的系统，以向右为正方向，则有(M＋m)v0＝Mv＋m(－u)，解得v＝v0＋u，选项C正确．
5．如图1－1－7所示，在光滑水平地面上，有一质量M＝3 kg的足够长的长方形木板和质量m＝1 kg的物块，均以4 m/s的初速度朝相反方向运动，它们之间有摩擦，当木板的速度为2.4 m/s时，物块的运动情况是( )
图1－1－7
A．做减速运动 B．做匀速运动
C．做加速运动 D．以上运动都有可能
解析：选C.选取向左方向为正，根据动量守恒定律有Mv－mv＝Mv1＋mv2，得木板的速度为2.4 m/s时物块的速度v2＝＝0.8 m/s>0，说明物块先向右减速到速度为零，后向左加速，只有C选项正确．
6．科学家试图模拟宇宙大爆炸初的情境，他们使两个带正电的不同重离子加速后，沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞．为了使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，关键是设法使这两个重离子在碰撞前的瞬间具有相同大小的( )
A．速率 B．质量
C．动量 D．动能
解析：选C.尽量减小碰后粒子的动能，才能增大内能，所以设法使这两个重离子在碰撞前的瞬间合动量为零，即具有相同大小的动量．
7. (2012·湖北黄冈中学质检)如图1－1－8所示，光滑水平面上有质量均为m的物块A和B，B上固定一轻弹簧．B静止，A以速度v0水平向右运动，通过弹簧与B发生作用．作用过程中，弹簧获得的最大弹性势能Ep为( )
图1－1－8
A.mv B.mv
C.mv D.mv
解析：选C.A、B速度相等时弹簧的弹性势能最大，由动量守恒mv0＝2mv，弹性势能的最大值Ep＝mv－×2mv2＝mv.
8. 如图1－1－9所示，A、B两个木块用轻弹簧相连接，它们静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是99m和100m，一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出，则在以后的过程中弹簧弹性势能的最大值为( )
图1－1－9
A. B.
C. D.
解析：选A.子弹打入木块A，由动量守恒，得mv0＝100mv1＝200mv2，弹性势能的最大值Ep＝×100 mv－×200mv＝.
9．(2011·高考大纲全国卷)质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间，如图1－1－10所示．现给小物块一水平向右的初速度v，小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，并与箱子保持相对静止．设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为( )
图1－1－10
A.mv2 B.v2
C.NμmgL D．NμmgL
解析：选BD.由动量守恒定律得mv＝(M＋m)v1，v1＝，ΔEk＝mv2－(M＋m)v＝v2，A错、B对．系统损失的动能等于产生的热量，等于摩擦力与两物体发生相对距离的乘积，D对、C错．
10．A、B两船的质量均为m，都静止在平静的湖面上，现A船中质量为m的人，以对地的水平速度v从A船跳到B船，再从B船跳到A船，…，经n次跳跃后，人停在B船上，不计水的阻力，则( )
A．A、B(包括人)两船速度大小之比为2∶3
B．A、B(包括人)两船动量大小之比为1∶1
C．A、B(包括人)两船的动能之比为3∶2
D．A、B(包括人)两船的动能之比为1∶1
解析：选BC.人和两船组成的系统动量守恒，两船原来静止，总动量为0，A、B(包括人)两船的动量大小相等，选项B正确．
经过n次跳跃后，A船速度为vA，B船速度为vB.0＝mvA－vB，＝，选项A错．
A船最后获得的动能为EkA＝mv
B船最后获得的动能为
EkB＝v
＝·2
＝＝EkA
＝，选项C正确．
11. 如图1－1－11所示，质量m1＝0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L＝1.5 m，现有质量m2＝0.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0从左端滑上小车．物块与小车上表面间的动摩擦因数μ＝0.5，取g＝10 m/s2.要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过多少？
图1－1－11
解析：要使物块恰好不从小车上滑出，需物块到小车右端时与小车有共同的速度v，则
m2v0＝(m1＋m2)v
由功能关系有m2v＝(m1＋m2)v2＋μm2gL
代入数据解得v0＝5 m/s
故要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车的速度v0不能超过5 m/s.
答案：5 m/s
12．(2011·高考天津卷)如图1－1－12所示，圆管构成的半圆形轨道竖直固定在水平地面上，轨道半径为R，MN为直径且与水平面垂直，直径略小于圆管内径的小球A以某一速度冲进轨道，到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生碰撞，碰后两球粘在一起飞出轨道，落地点距N为2R.重力加速度为g，忽略圆管内径，空气阻力及各处摩擦均不计，求：
图1－1－12
(1)粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t；
(2)小球A冲进轨道时速度v的大小．
解析：(1)粘合后的两球飞出轨道后做平抛运动，竖直方向分运动为自由落体运动，有
2R＝gt2
解得t＝2.
(2)设球A的质量为m，碰撞前速度大小为v1，把球A冲进轨道最低点时的重力势能定为0，由机械能守恒定律知
mv2＝mv＋2mgR
设碰撞后粘合在一起的两球速度大小为v2，由动量守恒定律知
mv1＝2mv2
飞出轨道后做平抛运动，水平方向分运动为匀速直线运动，有2R＝v2t
联立以上各式得
v＝2.
答案：(1)2 (2)2(共7张PPT)
第二章 近代物理
2013 高考导航
考纲展示
1.光电效应 Ⅰ
2.爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ
3.氢原子光谱 Ⅰ
4.氢原子的能级结构、能级公式 Ⅰ
5.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 Ⅰ
6.放射性同位素 Ⅰ
7.核力、核反应方程 Ⅰ
8.结合能、质量亏损 Ⅰ
9.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 Ⅰ
10.射线的危害和防护 Ⅰ
命题热点
1.光电效应、光电效应方程是本章的热点之一，常以选择题形式出现．
2.原子的核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件，这部分内容在选做部分出现的几率将会提高，既可能单独出现，也可能与其他内容综合命题．
3.核反应方程的书写,半衰期的计算、根据质能方程计算核反应中的核能是高考的热点，题型以选择题为主．
4.裂变、聚变及三种射线，这部分内容可能结合动量守恒、电场、磁场等知识来命题．
5.以微观世界原子物理部分的粒子作为命题平台，综合考查核反应方程、动量守恒定律、能量守恒定律等知识.
本部分内容讲解结束
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实验 验证动量守恒定律
知识要点归纳
实验目的
1．验证一维碰撞中的动量守恒．
2．探究一维弹性碰撞的特点．
实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．
实验器材
方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥．
方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．
方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．
方案四：斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规．
方案一：用气垫导轨和光电计时器验证动量守恒定律．
过程分析导引
图1－2－1
实验操作
1．测质量：用天平测出滑块质量．
2．安装：按图1－2－1正确安装好气垫导轨．
3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量，②改变滑块的初速度大小和方向)．
数据处理
2．验证动量守恒
把测得的质量m、速度v填入下列表格，并进行计算.
实验情景 用弓形弹片弹开
探究量 质量(kg) 速度(m/s) mv
(kg·m/s)
碰撞前 m1 v1 m1v1＋m2v2
m2 v2
碰撞后 m1 v1′ m1v1′＋m2v2′
m2 v2′
方案二：用两摆球碰撞验证动量守恒定律
图1－2－2
实验操作
1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.
2．安装：按图1－2－2把两个等大小球用长悬线悬挂起来．
3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．
4．改变条件：改变碰撞条件,重复实验．
数据处理
2．验证动量守恒
实验情景 小球的碰撞端粘胶布
探究量 质量 速度 mv
碰撞前 m1 v1 m1v1＋m2v2
m2 v2
碰撞后 m1 v1′ m1v1′＋m2v2′
m2 v2′
方案三：用打点计时器和小车的碰撞验证动量守恒定律
图1－2－3
实验操作
1．测质量：用天平测出两小车的质量．
2．安装：按图1－2－3将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．
3．实验：接通电源,让小车A运动,小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．
4．改变条件：改变碰撞条件、重复实验．
数据处理
2．验证动量守恒
实验情景 小车的碰撞端装撞针与橡皮泥
探究量 质量 速度 mv
碰撞前 m1 v1 m1v1＋m2v2
m2 v2
碰撞后 m1 v1′ m1v1′＋m2v2′
m2 v2′
方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
1．用天平测出两小球的质量m1、m2,并选定质量大的小球为入射小球．
2．按照图1－2－4所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．
图1－2－4
3．白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O.
4．不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．
5．把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图1－2－5所示．
图1－2－5
6．连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否成立．
7．整理好实验器材放回原处．
8．实验结论：在实验误差范围内，讨论碰撞系统的动量守恒．
误差分析
1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：
(1)碰撞是否为一维碰撞．
(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平,两球是否等大,长木板实验是否平衡掉摩擦力．
2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量．
3．改进措施
(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．
(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．
注意事项
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
2．方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．
(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．
(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力．
(4)若利用斜槽小球碰撞应注意：
①斜槽末端的切线必须水平．
②把被碰小球放在斜槽末端．
③入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放．
④选质量较大的小球作为入射小球．
⑤实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．
3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变．
实验典例探究
用气垫导轨验证动量守恒定律
例1
气垫导轨(如图1－2－6)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，
使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，
接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图1－2－7为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间隔的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度为s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，
那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、__________，两滑块的总动量大小为________；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．
图1－2－6
图1－2－7
【答案】 0.2abs1 0.2abs3 0.2ab(s1－s3) 0.4abs2
用斜槽轨道验证动量守恒定律
例2
验证动量守恒实验装置的示意图如图1－2－8所示．
图1－2－8
(1)在以下选项中，哪些是本次实验必须测量的物理量________．
A．两球的质量mA、mB
B．A球的释放点离斜槽末端的竖直高度h
C．线段OM、OP、ON的长度
D．斜槽末端离纸面的竖直高度H
(2)在本实验中，根据实验测得的数据，当关系式________成立时，即可验证碰撞过程中动量守恒．
(3)在本实验中，为了尽量减小实验误差，在安装斜槽轨道时，应让斜槽末端保持水平，这样做的目的是________．
A．入射球与被碰小球碰后均能从同一高度飞出
B．入射球与被碰小球碰后能同时飞出
C．入射球与被碰小球离开斜槽末端时的速度为水平方向
D．入射球与被碰小球碰撞时的动能不损失
【解析】本实验是采用“一动一静” 碰撞模型及运用平抛运动知识来验证动量守恒定律的，即验证mAOP＝mAOM＋mBON，所以需测量质量和线段长,AC对．在安装斜槽轨道时,应让斜槽末端保持水平，这样做的目的是让入射球与被碰小球离开斜槽末端时的速度为水平方向，C对；
【答案】(1)AC (2)mAOP＝mAOM＋mBON (3)C (4)P 2
知能优化演练
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第二章 近代物理
第二章 近代物理
第一节 波和粒子
基础梳理自学导引
一、光电效应
1．定义：在光的照射下从物体发射出_______的现象(发射出的电子称为光电子)．
2．产生条件：入射光的频率_______极限频率．
电子
大于
3．光电效应规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的________必须大于这个极限频率才能产生光电效应．
(2)光电子的最大初动能与入射光的_______无关，只随入射光频率的增大而_______．
频率
强度
增大
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
(4)当入射光的频率大于极限频率时，____________的强度与入射光的强度成正比．
光电流
二、光电效应方程
1．基本物理量
(1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)．
(2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的___________．
最小值
(3)最大初动能
发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的___________．
最大值
2．光电效应方程
爱因斯坦光电效应方程是根据能量守恒定律推导出来的．描述的是光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0之间的关系：
Ek＝____________.
hν－W0
三、光的波粒二象性
1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________性．
2．光电效应说明光具有________性．
3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的______________性．
波动
粒子
波粒二象
四、物质波
1．概率波
光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率___的地方，暗条纹是光子到达概率___的地方，因此光波又叫概率波．
大
小
2．物质波
任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其
波长λ＝ ____ ,p为运动物体的动量,h为普朗克常量．
要点透析直击高考
一、正确理解光电效应规律中的两个关系
1．光电子的最大初动能Ek，随入射光频率ν的增大而增大；由爱因斯坦光电效应方程知：
Ek＝hν－W0
对于某一金属而言，逸出功W0是一定值，普朗克常量h是一常数，故从上式可以看出，最大初动能Ek与入射光频率ν成一次函数关系,但不是成正比的,函数图象为图2－1－1.
图2－1－1
当光照射到金属表面上时，能量为E的光子被电子所吸收，电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，剩余部分就是电子离开金属表面时的动能．
(2)电子吸收光子后能量立即增大hν，不需要能量的积累过程．因此光电效应的发射几乎是瞬时的．
(3)电子每次只吸收一个光子，由能量守恒可知，光电子的最大的初动能Ek＝hν－W0,且Ek随频率的增大而增大,与光的强度无关．
2.光电流与光强、电压的关系
(1)光电流与光强的关系
光电流的大小是由单位时间内从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目由入射光子的数目决定,而与光子的频率无关．
(2)光电流与电压的关系
①给光电管加反向电压时，随电压的增大，光电流逐渐减小，当电压大于或等于遏止电压时，光电流为0.
②给光电管加正向电压时，随电压的增大光电流逐渐增大，当电压增大到某一值时，光电流达到饱和值，再增大电压，光电流不再增加．
即时应用
1．(2012·河南名校联考)对光电效应的解释正确的是( )
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出成为光电子
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应就不能发生
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
解析：选BD.电子只可吸收一个光子,若不能逸出，则不会吸收该光子，A错误；发生光电效应时，入射光子能量hν>W0,否则便不能发生光电效应,B正确；光电子的最大初动能与光的强度无关，C错误；逸出功W0＝hν0，故知D正确．
二、对光的波粒二象性的理解
光的波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性,是一份能量．两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现为：
(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．
(2)从频率上看：频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强．
(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．
即时应用
2．(2011·高考上海卷)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图2－1－2(a)、(b)、(c)所示的图象，则( )
图2－1－2
A．图象(a)表明光具有粒子性
B．图象(c)表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图象
D．实验表明光是一种概率波
解析：选ABD.图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象(b)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．
题型探究讲练互动
波粒二象性
例1
关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
【解析】 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．
而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．D项合题意．
【答案】 D
【规律总结】 一切运动的物体都具有波粒二象性，只是由于宏观物体的德布罗意波长极短，才很难观察到其波动性．
光电效应
例2
(2012·南京模拟)(1)在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置(如图2－1－3)在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图b所示．则正确的是( )
图2－1－3
A．乙光的频率小于甲光的频率
B．甲光的波长大于丙光的波长
C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
(2)用光照射某金属，使它发生光电效应现象，若增加该入射光的强度，则单位时间内从该金属表面逸出的光电子数_____，从表面逸出的光电子的最大动量大小________(选填“增加”、“减小”或“不变”)．
【解析】 (1)由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属逸出功相同．由图知，乙、丙两种光的截止电压相同，都大于甲光的截止电压，甲光对应的光电子最大初动能小,乙、丙的相等，故D错误；
由光电效应方程hν＝W0＋Ekm.可知甲光频率小，波长大，光子能量小，故A、C错B正确．
(2)增大光强，单位时间光电子数增加,光电子的最大初动能不变，动量大小不变．
【答案】 (1)B (2)增加 不变
知能演练强化闯关
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第三节 核反应 核能
基础梳理自学导引
一、原子核的组成
1．原子核由_______和______组成，两者统称为________．
质子
中子
核子
2．原子核常用X表示,X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的___________ (原子序数)．
3．同位素是具有相同的_________而___________不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．
电荷数
质子数
中子数
二、天然放射现象
1．天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素．
2．三种射线的本质：α射线是______，
β射线是_______,γ射线是________．
氦核
电子
光子
三、原子核的衰变
1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为_______、________，并伴随着γ射线放出．
2．半衰期：放射性元素的原子核有_______发生衰变所需要的时间．
α衰变
β衰变
半数
四、放射性同位素的应用
1．利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．
2．作示踪原子．
五、核反应、核力与核能
1．核反应规律：在核反应中，_________守恒，__________守恒．
2．核力
(1)概念：组成原子核的_______之间存在的作用力．
质量数
电荷数
核子
(2)核力特点
①核力是_______________ (强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
②核力是________力，作用范围在1.5×10－15 m之内．
③每个核子只跟______的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性．
强相互作用
短程
相邻
3．质量亏损
(1)爱因斯坦质能方程：__________.
(2)质量亏损：原子核的质量______组成它的核子的质量之和的现象．
E＝mc2
小于
4．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个________时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成___________时需要的能量．
核子
原子核
六、核裂变和核聚变
1．重核裂变
(1)定义：使重核分裂成几个___________的原子核的核反应．
质量较小
(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为
(3)链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应．
(4)链式反应的条件：①要有足够浓度的235U；②铀块体积需________临界体积，或铀块质量_______临界质量．
大于
大于
2．轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫聚变．
(2)聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．
较重
要点透析直击高考
一、三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 高频电磁波
带电荷量 2e －e 0
质量 4mp
(mp＝1.67
×10－27 kg) 静止质
量为零
种类 α射线 β射线 γ射线
速度 0.1c 0.99c c(光速)
在电磁场中 偏转 偏转 不偏转
贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，穿透几毫米的铝板 最强，穿透几厘米的铅板
对空气的
电离作用 很强 较弱 很弱
在空气中
的径迹 粗、短、直 细、较
长、曲折 最长
即时应用
1．放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是( )
A．α射线，β射线，γ射线
B．γ射线，β射线，α射线
C．γ射线，α射线，β射线
D．β射线，α射线，γ射线
解析：选B.由放射线的本质和特性知，三种射线的穿透能力是γ射线最强，α射线最弱，由此可知，选项B正确．
二、原子核的衰变
1．原子核衰变规律
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
特别提醒：(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言.
(2)原子核衰变时质量数守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能.
即时应用
2．(2011·高考浙江卷)关于天然放射现象，下列说法正确的是( )
A．α射线是由氦原子核衰变产生
B．β射线是由原子核外电子电离产生
C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D．通过化学反应不能改变物质的放射性
解析：选D.α射线是原子核同时放出两个质子和两个中子产生的,A错误；β射线是原子核内中子转化为质子和电子而放出的,B错误；γ射线是衰变后的原子核从高能级向低能级跃迁产生的,C错误；放射性是原子核的固有属性，D正确．
三、核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发
β衰变 自发
类型 可控性 核反应方程典例
人工转变 人工
控制
(卢瑟福发现质子)
(查德威克发现中子)
(约里奥－居里夫妇发现放射性同位素)
类型 可控性 核反应方程典例
重核裂变 比较容易进行人工控制
轻核聚变 除氢弹外无法控制
特别提醒：(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接.
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.
即时应用
3．(2012·厦门质检)关于下列核反应或核衰变方程，说法正确的是( )
解析：选C.A是β衰变,B是核裂变,根据核反应方程,C中的“X”表示中子，D中“X”表示质子．
四、核能的产生和计算
1．获得核能的途径
(1)重核裂变：某些重核分裂成中等质量的核的反应过程，同时释放大量的核能．要使铀235发生链式反应以持续地输出能量，铀块的体积应大于它的临界体积．
2．核能的计算方法
(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：
即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)．
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV
(Δm的单位：u,1 u＝1.6606×10－27 kg)．
(3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能．
特别提醒：(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然有质量亏损. (2)爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系
(即：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量).质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的.
(3)质量亏损并不否定质量守恒定律.
即时应用
4．(2010·高考北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
题型探究讲练互动
衰变次数与半衰期的计算
例1
A．铅核比钍核少8个质子
B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变
D．共经过6次α衰变和4次β衰变
(2)(2010·高考上海卷)某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )
A．11.4天 B．7.6天
C．5.7天 D．3.8天
【解析】 (1)设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得
232＝208＋4x
90＝82＋2x－y
解得x＝6，y＝4，C错D对．
铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对．
铅核、钍核的中子数分别为126、142,故B对．
【答案】 (1)ABD (2)D
【易误警示】 (1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半．
核反应方程及反应类型
例2
(1)(2010·高考广东卷)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是( )
①______是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．
②求B中X的质量数和中子数．
【解析】 (1)衰变是原子核自发地放出α或β粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现α或β粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；
裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核．综上所述，A、C正确．
(2)①人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核．箭头的右边也是常见元素的原子核．D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程．A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程．
②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88.
【答案】 (1)AC (2)①D B A ②质量数144，中子数88
有关核能的计算
例3
假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136 u，中子的质量是1.0087 u，氦核同位素的质量是3.0150 u.
(1)聚变的核反应方程式是________，在聚变核反应中释放出的能量为________MeV(保留两位有效数字)．
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：
ΔE＝3.5×10－3×931.5 MeV
＝3.3 MeV.
E2＝7×5.603 MeV
＝39.221 MeV
所以此核反应过程中释放的核能为
ΔE＝E2－E1＝39.221 MeV－31.636 MeV＝7.585 MeV.
核能与动量守恒的综合问题
例4
(1)写出衰变方程；
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
知能演练强化闯关
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温 馨 提 示
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本书课件目录
第一部分
第二部分
2011年高考真题
第四部分
进入资源网站
第三部分
名校模拟试题
2013高考总复习配套课件
(RJ)
目1．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光电流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是( )
A．曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性
B．单个光子通过双缝后的落点无法预测
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
解析：选BC.A项中表现出光的粒子性；B、C项中体现了光是一种概率波，单个光子的落点无法预测；大量光子到达概率大的地方，形成亮条纹，因此大量光子的行为表现出波动性，选项B、C正确．
2. 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮纹处
B．一定落在亮纹处
C．可能落在暗纹处
D．落在中央亮纹处的可能性最大
解析：选CD.大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中央亮纹处，依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处．落在其他亮纹处相对少一些，落在暗纹处光子最少，注意的是暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已．只让一个光子通过单缝，这个光子落在哪一位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹的机会更大(有95%以上)．
3．(2012·黑龙江适应性测试)用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象．现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是( )
A．如果ν2＞ν1，能够发生光电效应
B．如果ν2＜ν1，不能够发生光电效应
C．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能增大
D．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响
解析：选AC.对一定的金属，入射光的频率必须大于或等于某一频率ν0时才会产生光电效应，频率ν0称为截止频率，如果入射光的频率低于截止频率ν0，则不论光强多大，照射时间多长，都不会产生光电效应，不同的金属有不同的截止频率．所以当ν2＞ν1时能够发生光电效应，ν2＜ν1时不一定能够发生光电效应，A正确，B错误；又因光电子的初动能随着入射光频率的增加而线性增加，所以当ν2＞ν1时逸出光电子的初动能增大，C正确，D错误．
4．(2011·高考广东卷)光电效应实验中，下列表述正确的是( )
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
解析：选CD.在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小．故A、B错误，D正确．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W0，可知U＝(hν－W0)/e，即遏止电压与入射光频率ν有关．
5．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )
A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
解析：选C.光电效应瞬时(10－9 s)发生，与光强无关，A错；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B错；光电子数目多少与入射光强度有关(可理解为一个光子能打出一个电子)，光强减弱，逸出的电子数目减少，C对．
6．(2010·高考上海卷)根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)( )
A．h B．h
C．hλ D.
解析：选A.根据E＝hν、ν＝得：E＝h，故A对．
7．(2010·高考四川卷)用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )
A．5.5×1014Hz B．7.9×1014Hz
C．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz
解析：选B.该题考查光电效应方程，由mv2＝h－W0和W0＝hν0可得ν0＝7.9×1014Hz，B选项正确．
8．(2010·高考福建卷)用频率为ν的光照射某金属表面，逸出光电子的最大初动能为E.若改用另一种频率为ν′的光照射该金属表面，逸出光电子的最大初动能为3E.已知普朗克常量为h，则ν′为( )
A．3ν B.
C.＋ν D.－ν
解析：选C.由爱因斯坦的光电效应方程得E＝hν－W0,3E＝hν′－W0，得ν′＝＋ν.
9. (2012·山西重点中学联考)如图2－1－4所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知( )
图2－1－4
A．该金属的极限频率为4.3×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014Hz
C．该金属的逸出功为8×10－20J
D．该图线斜率的倒数表示普朗克常量
解析：选A.由光电效应方程Ekm＝hν－W0知该图线的斜率为普朗克常量，图线与横轴交点的横坐标为金属的极限频率ν0，即ν0＝4.3×1014Hz，A选项正确，B、D选项均错误；金属的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014J≈2.85×10－19J，C选项错误．
10．(2010·高考江苏卷) 研究光电效应的电路如图2－1－5所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
图2－1－5
图2－1－6
解析：选C.由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eUc＝0－Ek可得Uc＝ν－，遏止电压Uc与入射光的频率有关，与光强无关．由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C正确．
11．(2012·北京四中模拟)(1)关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
(2)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最大初动能为Ekl，光电流强度为I1；若改用光的强度与上述红光相同的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为Ek2，光电流强度为I2，则Ekl与Ek2，I1与I2的大小关系为：Ek2________Ekl，I2________I1(选填“>”、“＝”或“<”)．
解析：(1)选A.由W0＝hν可知A正确．照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错．Ek＝hν－W0可知C错．单位时间内逸出的光电子数与频率无关，取决于入射光的强度，故D错．
(2)红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子能量小，紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单位时间内单位面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的光子个数少，根据光电效应原理，红光照射时，产生的光电子数多，光电流的强度大，故I1>I2.由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功W0相同，根据爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋Ek得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，Ek2>Ekl.
答案：(1)A (2)> <
12．如图2－1－7所示，
图2－1－7
当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．
(1)求此时光电子的最大初动能的大小．
(2)求该阴极材料的逸出功．
解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，
当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ek
由光电效应方程：Ek＝hν－W0
由以上二式：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.
答案：(1)0.6 eV (2)1.9 eV1．在用斜槽轨道“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，必须测量的物理量有( )
A．入射小球和被碰小球的质量
B．入射小球和被碰小球的半径
C．入射小球从斜槽上由静止释放时的起始高度
D．斜槽轨道的末端到地面的高度
E．从相碰到落地的时间
F．入射小球未与另一小球碰撞时飞出的水平距离
G．入射小球和被碰小球碰撞后各自飞出的水平距离
答案：AFG
2. 某同学用如图1－2－9所示装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于O点，使小球1的球心到悬点O的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平桌面上．将小球1从右方的A点(OA与竖直方向的夹角为α)由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置(OC与竖直方向夹角为θ)，小球2落到水平地面上，落点D到桌面边缘水平距离为s.
图1－2－9
(1)实验中已经测得上述物理量中的α、L、s，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有________________________________________________________________．
(2)请用测得的物理量结合已知物理量分别表示碰撞前后小球1的动量：p1＝________，p1′＝________；再用物理量表示碰撞前后小球2的动量：p2＝________，p2′＝________.
解析：根据机械能守恒定律计算碰前和碰后小球1的速度，根据平抛运动计算碰后小球2的速度，最后根据p＝mv计算各个动量值．
答案：(1)小球1的质量m1，小球2的质量m2，桌面高度h，OC与OB夹角θ
(2)m1
m1 0 m2 s
3．(2012·辽宁模拟)某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图1－2－10甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
图1－2－10
(1)下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨空腔内通入压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先_______________，然后________________________________________________，
让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图乙所示；
⑧测得滑块1的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
完善实验步骤⑥的内容．
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________kg·m/s(保留三位有效数字)．
(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_____________________________
_____________________________________________________________________.
解析：(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块．
(2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0＝m1v0.
v0＝ m/s＝2.00 m/s，p0＝0.310×2.00 kg·m/s＝0.620 kg·m/s.作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v＝ m/s＝1.20 m/s，p＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.20 kg·m/s＝0.618 kg·m/s.
(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔间有摩擦.
答案：(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1
(2)0.620 0.618
(3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦
4．(2011·高考北京卷)如图1－2－11所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．
图1－2－11
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题．
A．小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
(2)图1－2－11中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP.
然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．
接下来要完成的必要步骤是________．(填选项前的符号)
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM，ON
(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________(用(2)中测量的量表示)；
若碰撞是弹性碰撞．那么还应满足的表达式为________(用(2)中测量的量表示)．
(4)经测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图1－2－12所示．
图1－2－12
碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝______∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶____.
实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为________________．
(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大．请你用(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为________cm.
解析：(1)该实验是验证动量守恒定律，也就是验证两球碰撞前后动量是否相等，即验证m1v1＝m1v′1＋m2v′2，由题图中装置可以看出，不放被碰小球m2时，m1从抛出点下落高度与放上m2，两球相碰后下落的高度H相同，即在空中做平抛运动的下落时间t相同，故有v1＝，v′1＝，v′2＝，代入m1v1＝m1v′1＋m2v′2，可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，只需验证该式成立即可，在实验中不需测出速度，只需测出小球做平抛运动的水平位移即可．
(2)需先找出落地点才能测量小球的水平位移，测量小球的质量无先后之分．
(3)若是弹性碰撞，还应满足能量守恒，即m1v＝m1v′＋m2v′，即m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2.
(4)＝＝＝＝14∶11.
＝＝＝11∶2.9.
＝
＝
≈1(1～1.01 均可)
(5)当两球发生弹性碰撞时，碰后m2的速度最大，射程最大，由m1·OP＝m1·OM＋m2·ON与m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2可解出ON的最大值为76.8 cm.
答案：(1)C (2)ADE或DAE
(3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2 (4)14 2.9 1(1～1.01均可) (5)76.8
