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2.5 德布罗意波 学案
【学习目标】
（1）知道实物粒子和光子一样具有波动性。
（2）知道德布罗意波长和粒子动量的关系。
（3）知道电子云的概念。
（4）初步了解不确定性
【学习重点】[来源:21世纪教育网]
1．光的波粒二象性和为什么说光波是一种概率波．
2．物质波的概念．
【知识要点】21世纪教育网
1.物质波 物理学把物质分为两大类，一类是质子、电子等，称做实物，另一类是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．既然光具有粒子性，那么，质子、电子，以至原子、分子等实物粒子是否会在一定条件下表现出波动性？1924年，法国物理学家德布罗意（1892－1987）在他的博士论文里大胆地做了肯定的回答．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长是 （1）式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．
2.物质波也是概率波．在电子衍射图样中，电子落在“亮圆”上的概率大，落在“暗圆”上的概率小．我们说光波和物质波是概率波，说的是光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的．
3.氢原子中的电子云 对于宏观质点，如果知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度．但是，对电子等微观粒子，由于不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，因此，电子在原子中运动的“轨道”这样的说法其实是没有意义的．我们只能知道电子在原子核附近各点出现概率的大小．在不同的状态中，例如当原子处于不同的能级时，电子在各处出现的概率是不一样的．如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，可以形象地称做电子云．
4、不确定关系的物理意义和微观本质
（1）物理意义：21世纪教育网
微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量越小，动量的不确定量就越大，反之亦然。21世纪教育网
（2） 微观本质：
是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。
不确定关系式表明：
① 微观粒子的坐标测得愈准确() ，动量就愈不准确() ；微观粒子的动量测得愈准确() ，坐标就愈不准确() 。但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。
② 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准？这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。
③ 不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。
【典型例题】
例1：一颗质量为10g 的子弹，具有200m·s-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大
解：子弹的动量
动量的不确定范围
由不确定关系式 ，得子弹位置的不确定范围
我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。
例2：一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大
解 : 电子的动量为：
动量的不确定范围
由不确定关系式，得电子位置的不确定范围21世纪教育网
我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。
【当堂反馈】[21世纪教育网
1、在经典物理学中，可以同时用质点的_____________和_____________精确描述它的运动，如果知道了质点的____________，还可以预言它以后任意时刻的____________和_____________。
2、用数学方法对微观粒子的___________进行分析可以知道，如果以Δx表示粒子的________不确定量，以Δp表示粒子________________不确定量，则有________________，这就是著名的__________________。
3、在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要准确地确定粒子的位置（即Δx更小），则_____________的测量一定会更不准确（即Δp更大），也就是说，不可能同时准确地测量粒子的_____________和_____________。
4、在波粒二象性和不确定关系的基础上，建立了________________，对现象生活、生产和科学技术的发展起到了惊人的作用，比如现代半导体材料的研究和发展等。
5、由不确定关系可以得出的结论是 ( )
A．如果动量的不确定范围越小，则与之对应的坐标的不确定范围就越大
B．如果坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大
C．动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围不成反比关系21世纪教育网
D．动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围有唯一确定的关系
6、下列关于不确定关系说法正确的是 ( )
A．只对微观粒子适用 B．只对宏观粒子适用
C．对微观和宏观粒子都适用 D．对微观和宏观粒子都不适用
7、有中子衍射技术中，常用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距比较接近。已知中子质量为1.67×10-27kg，普朗克常量为6.63×10-34J·s，则可以估算出德布罗意波波长为1.82×10-10m的热中子动能的数量级为 ( )
A．10-17J B．10-19J C．10-21J D．10-24J
8、一辆质量为100kg的试验车以20m/s的速度向墙撞去，求车撞墙时的不确定范围。
9、一质量为10g的子弹从直径为0.5cm的枪口射出，求子弹射出枪口时其横向速度的不确定量。
21世纪教育网
10、电视机显像管中的电子的加速电压为10kV，电子枪枪口的直径为0.01cm，求电子射出电子枪口时其横向速度的不确定量。
11、实验测定原子核线度的数量级为10-14m，试用不确定关系估算电子如被束缚在原子核中时的动能，从而判断原子核由质子和电子组成是否可能。
【参考答案】
1、位置，动量，加速度，位置，动量 2、微观粒子，位置的，x方向上动量的，ΔxΔp≥，
不确定性关系 3、动量，位置，动量 4、量子力学 5、C 6、A 7、C 8、Δx≥2.64
×10-38m 9、1.05×10-34m/s 10、0.58m/s 11、10MeV，不可能
【反思】
收21世纪教育网获 [来源:21世纪教育网]
疑问
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2.3 康普顿效应及其解释 学案
【学习目标】
（1）了解什么是康普顿效应。
（2）知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。
（3）了解康普顿效应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效应的。
【学习重点】
康普顿效应及其解释
【知识要点】
康普顿效应21世纪教育网
（1）光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
21世纪教育网
按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！散射中出现的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
① 除原波长外出现了移向长波方向的新的散射波长
② 新波长随散射角的增大而增大。波长的偏移为
波长的偏移只与散射角有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长无关，
= 0.0241 =2.41×10-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长21世纪教育网
只有当入射波长与可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。
（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
②无法解释波长改变和散射角的关系。
（5）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
（6）康普顿散射实验的意义
①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； 21世纪教育网
②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；③证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
（7）光子的能量和动量
说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
【达标训练】
1、光照射到金属表面上，能使金属中的_________从表面逸出，这种现象称之为______________，逸出的电子也叫____________，使电子脱离金属表面所做的功的最小值叫____________，这种现象说明光具有____________性。
2、经典的电磁理论只能解释光是一种，它有____________、____________等波特有的现象，但它不能解释光电效应。爱因斯坦对光电效应的解释是：光本身就是由一个一个不可分割的____________组成的，每一个光的能量子被称为一个____________，这就是爱因斯坦的_________说。
3、爱因斯坦认为，在光电效应中，金属中的电子吸收一个频率为ν的光子获得的能量是_________，这些能量中的一部分用来克服金属的____________，剩下的表现为逸出的光电子的____________，用公式表示为____________________，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程。
4、光在介质中与物质微粒相互作用，因而_______________发生改变，这种现象叫光的___________。美国物理学家____________在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成份外，还有波长__________入射波长的成份，这个现象称为康普顿效应。
5、根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程E＝mc2和光子能量ε＝hν，每个光子的质量是__________，按照动量的定义，每个光子的动量为______________或______________。所以光子具有能量、质量、动量，表现出光具有_____________性。
6、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时 ( )
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
7、对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应 ( )
A．入射光的强度大于某一极限强度 B．入射光的波长大于某一极限波长21世纪教育网
C．入射光照射时间大于某一极限时间 D．入射光的频率大于某一极限频率
8、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是 ( )
A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出 B．逸出的电子数减少
C．逸出的电子数和最大初动能都减小 D．逸出的电子最大初动能不变
9、用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则( )
A．因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同
B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大
C．从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大
D．由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多
10、用某一频率的绿光照射某金属时恰好能产生光电效应，则改用强度相同的蓝光和紫光分别照射该金属，下列说法正确的是 ( )
A．用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小[来源:21世纪教育网]
B．用蓝光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同
C．用蓝光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多
D．用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多
11、关于光电效应的说法中，正确的有 ( )
A．要使光电效应发生，入射光子的能量必须大于原子的电离能
B．极限频率的存在，可以表明电子对光子的吸收是一对一的
C．增大入射光子的能量，光电子的最大初动能必随着增大
D．电子对光子的吸收不存在能量的积累过程
12、已知铯的极限频率为4.55×1014Hz，钠的极限频率为6.00×1014Hz，银的极限频率为1.15×1015Hz，铂的极限频率为1.53×1015Hz，当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的是 ( )
A．铯 B．钠 C．银 D．铂21世纪教育网
13、某种金属的逸出功是1.25eV，为了使它发生光电效应，照射光的频率至少应为多少？或用可见光照射它，能否发生光电效应？
14、某金属在一束黄光照射下，刚好有电子逸出（即用频率小于黄光的光照射就没有电子逸出）。在下述情况下，电子的最大初动能及逸出的电子数目会发生什么变化？（1）增大光强而不改变光的频率；（2）用一束强度更大的红光代替黄光；（3）用强度相同的紫光代替黄光。21世纪教育网
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【达标训练参考答案】21世纪教育网
1、电子，光电效应，光电子，逸出功，粒子 2、干涉，衍射，能量子，光子，光子 3、h ν，逸出功，初动能，h ν＝W＋Ek 4、传播方向，散射，康普顿,大于 5、，mc，，粒子 6、B 7、D 8、BD 9、CD 10、AB 11、AC 12、AB 13、3×1014Hz，可以 14、（1）最大初动能不变，光电子数目增加（2）无光电子逸出（3）最大初动能增大，光电子数目不变
【反思】
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1.2 动量 动量守恒 学案2
【学习目标】
1．理解动量的概念，知道冲量的定义。
2．理解冲量与动量的矢量性，知道动量的变化也是矢量会正确计算一维的动量变化
3．理解动量守恒定律的确切含义和表达式
4．知道动量守恒定律的适用条件和适用范围，会用动量守恒定律解释现象。
【学习重点】
掌握动量守恒定律的推导、表达式、适用范围和守恒条件
【知识要点】
1、动量（momentum）
（1）定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。P = m v 单位：kg·m/s
（2）特点：
① 状态量：
② 矢量性：
③ 我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向。
2、动量的变化量：
（1）定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则 △p= p′－ p为物体在该过程中动量的变化。
（2）注意：动量变化△p是矢量。方向与速度变化量△v相同。一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mΔυ1
3、系统 内力和外力
（1）系统：相互作用的物体组成系统。21世纪教育网
（2）内力：系统内物体相互间的作用力。
（3）外力：外物对系统内物体的作用力。
4、动量守恒定律（law of conservation of momentum）
（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律。
（2）公式：m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′
（3）注意点：
① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）；
② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向；
③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）；[来源:21世纪教育网]
④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。要正确区分内力和外力；当F内＞＞F外时，系统动量可视为守恒。
【典型例题】
例1.（动量守恒定律的判断）把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪发射出子弹时，关于枪、子弹、车的下列说法正确的是（ ）
A.枪和子弹组成的系统动量守恒
B.枪和车组成的系统动量守恒
C.只有忽略不计子弹和枪筒之间的摩擦，枪、车和子弹组成的系统的动量才近似守恒
D.枪、子弹、车组成的系统动量守恒
解：本题C选项中所提到的子弹和枪筒之间的摩擦是系统的内力，在考虑枪、子弹、车组成的系统时，这个因素是不用考虑的根据受力分析，可知该系统所受合外力为0，符合动量守恒的条件，故选D
规律总结：判断系统是否动量守恒时，一定要抓住守恒条件，即系统不受外力或者所受合外力为0。21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
例2. （多物体多过程动量守恒）两块厚度相同的木块A和B，并列紧靠着放在光滑的水平面上，其质量分别为mA=2.0kg，mB=0.90kg．它们的下底面光滑，上表面粗糙．另有质量mC=0.10kg的铅块C(其长度可略去不计)以vC=10m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面(见图)，由于摩擦，铅块最后停在本块B上，测得B、C的共同速度为v=0.50m/s，求：木块A的速度和铅块C离开A时的速度．
解：设C离开A时的速度为vC，此时A、B的共同速度为vA，对于C刚要滑上A和C刚离开A这两个瞬间，由动量守恒定律知
mCvC=(mA+mB)vA+mCv'C (1)
以后，物体C离开A，与B发生相互作用．从此时起，物体A不再加速，物体B将继续加速一段时间，于是B与A分离．当C相对静止于物体B上时，C与B的速度分别由v'C和vA变化到共同速度v．因此，可改选C与B为研究对象，对于C刚滑上B和C、B相对静止时的这两个瞬间，由动量守恒定律知
mCv'C+mBvA=(mB+mC)v (2)[来源:21世纪教育网]
由(l)式得 mCv'C=mCvC-(mA＋mB)vA
代入(2)式 mCv'C-(mA+mC)vA+mBvA=(mB+mC)v．
得木块A的速度
所以铅块C离开A时的速度
例3.（人船模型）在静止的湖面上有一质量M=100kg的小船，船上站立质量m=50kg的人，船长L=6m，最初人和船静止．当人从船头走到船尾(如图)，船后退多大距离？(忽略水的阻力)
解：选地球为参考系，人在船上行走，相对于地球的平均速度为(L-x)/t，船相对于地球后退的平均速度为x/t，系统水平方向动量守恒方程为
故
规律总结：错解：由船和人组成的系统，当忽略水的阻力时，水平方向动量守恒．取人前进的方向为正方向，设t时间内人由船头走到船尾，则人前进的平均速度为L/t，船在此时间内后退了x距离，则船后退的平均速度为x/t，水平方向动量守恒方程为
故
这一结果是错误的，其原因是在列动量守恒方程时，船后退的速度x/t是相对于地球的，而人前进的速度L/t是相对于船的。相对于不同参考系的速度代入同一公式中必然要出错．
例4.（动量守恒中速度的相对性）一个静止的质量为M的原子核，放射出一个质量为m的粒子，粒子离开原子核时相对于核的速度为v0，原子核剩余部分的速率等于（ ）
解：取整个原子核为研究对象。由于放射过程极为短暂，放射过程中其他外力的冲量均可不计，系统的动量守恒．放射前的瞬间，系统的动量p1=0，放射出粒子的这一瞬间，设剩余部分对地的反冲速度为v'，并规定粒子运动方向为正方向，则粒子的对地速度v=v0-v'，系统的动量
p2=mv-(M-m)v'=m(v0-v')-(M-m)v'．
由p1=p2，即
0=m(v0-v)-(M-m)v'=mv0-Mv'．
故选C。
规律总结：运用动量守恒定律处理问题，既要注意参考系的统一，又要注意到方向性。
例5.质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量为90kg，求小孩跳上车后他们共同的速度。
解：取小孩和平板车作为系统，由于整个系统所受合外为为零，所以系统动量守恒。
规定小孩初速度方向为正，则：
相互作用前：v1=8m/s，v2=0，
设小孩跳上车后他们共同的速度速度为v′，由动量守恒定律得
m1v1=(m1+m2) v′
解得 v′==2m/s，21世纪教育网
数值大于零，表明速度方向与所取正方向一致。
【达标训练】
1、物理学中把物体的质量与速度的乘积____________叫做____________。它是______量，它的方向为________。
2、两个或两个以上的物体组成一个力学系统，系统内两个物体之间的相互作用力称为___________，系统以外的物体对系统的作用力称为___________。
3、如果一个系统_____________，或_______________，则这个系统的_________保持不变，这就是动量守恒定律。
4、一小船相对地面以速度v1向东行驶，若在船上以相对于地面的速率v水平向西抛出一个质量为m的重物，则小船的速度将 ( )
A．不变 B．增大 C．减小 D．改变方向
5、关于系统动量守恒的条件，下列说法正确的是 ( )
A．只要系统内存在着摩擦力，系统的动量的就不守恒
B．只要系统中有一个物体具有加速度，系统的动量就不守恒
C．只有系统所受的合外力为零，系统的动量就守恒
D．只要系统所受外力的冲量的矢量和为零，系统的动量就守恒
6、一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块，并留在其中，A、B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图所示，则在子弹打中木块A及弹簧被压缩的整个过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统 ( )
A．动量守与恒、机械能守恒
B．动量不守恒、机械能守恒
C．动量守恒、机械能不守恒
D．无法判断动量、机械能是否守恒
7、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动，A球的动量是8kg·m/s，B球的动量是5kg·m/s，A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是 ( )21世纪教育网
A．pA=6kg·m/s，PB=7kg·m/s B．pA=3kg·m/s，PB=10kg·m/s
C．pA=－2kg·m/s，PB=14kg·m/s D．pA=－5kg·m/s，PB=18kg·m/s
8、两个小球在一条直线上相向运动，若它们相互碰撞后都停下来，则两球碰前 ( )
A．质量一定相等 B．速度大小一定相等
C．动量一定相同 D．总动量一定为零
9、甲、乙两球在光滑水平面上发生碰撞。碰撞前，甲球向左运动，乙球向右运动，碰撞后一起向右运动，由此可以判断 ( )
A．甲的质量比乙小 B．甲的初速度比乙小
C．甲的初动量比乙小 D．甲的动量变化比乙小
10、一人站在某车的一端，车原来相对于光滑地面静止，则( )
A．人从车的一端走向另一端的过程中，车向相反方向运动
B．人在车上往返行走时，车的运动方向保持不变
C．人在车上走动时，若人相对车突然静止，则车因惯性沿人运动的相反方向作匀速运动
D．人在车上走动时，若人相对车突然静止，则车也同时停止运动
11、如图所示，车厢长度为L，质量为M，静止于光滑水平面上，车厢内有一质量为m的物体以初速度v0向右运动，与车厢壁来回碰撞n次后，静止在车厢中，此时车厢速度为 ( )[来源:21世纪教育网]
A．0
B．v0，水平向右
C．mv0/（M＋m），水平向右
D．mv0/（M—m），水平向右
12、甲、乙两个物体在同一直线上同向运动甲物体在前、乙物体在后，甲物体质量为2kg，速度是1m/s，乙物体质量是4kg，速度是3m/s。乙物体追上甲物体发生正碰后，两物体仍沿原方向运动，而甲物体的速度为3m/s，乙物体的速度是多少？
[来源:21世纪教育网]
13、质量为m的物体A，以一定的速度v沿光滑的水平面运动，跟迎面而来速度大小为v/2的物体B，相碰撞，碰后两个物体结合在一起沿碰前A的方向运动且它们的共同速度大小为v/3，则物体B的质量是多少？
14、质量为M的气球下吊一架轻的绳梯，梯上站着质量为m的人，气球以v0速度匀速上升。如果人加速向上爬，当他的速度达到v时，气球的速度为多少？
【达标训练参考答案】
1、mv，动量，矢，物体的运动方向（即速度方向） 2、内力，外力 3、不受外力，所受外力之和为零，动量
4、B 5、D 6、C 7、A 8、D C 10、AD 11、C 12、2m/s 13、0.8m 14、v0＋
【反思】
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4.1 走进原子核 学案
【学习目标】
(1)知道天然放射现象．[来源:21世纪教育网]
(2)知道原子核的组成，知道核子的概念．
【学习重点】
由天然放射现象到原则和组成的思维过程
【知识要点】
1．天然放射现象[来源:21世纪教育网]
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现：铀和含铀的矿物发出一种看不见的射线，这种射线能穿透黑纸而使里面的底片感光．这种现象称为放射性现象．物质放射出射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫做放射性元素．
说明：放射性并不是少数几种元素才有的．研究发现，原子序数大于等于83的所有元素，都能自发地放出射线．原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
2．质子的发现
1919年，卢瑟福又用a粒子轰击氮，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子(p)，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．
3．中子的发现
(1)卢瑟福的预言
1920年卢瑟福提出一大胆的猜想：原子核内除了质子外，还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子，并认为这种不带电的中性粒子是由电子进人质子后形成的．
(2)查德威克的发现
查德威克验证了他的老师卢瑟福12年前的预言，原子核中确实存在着中性的、质量几乎与质子相同的粒子，并把它叫做中子(n)．
4．原子核的组成
原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．
(1)原子核中的三个整数
①核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．
②电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．
③质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．
（2）原子核中的两个等式[来源:21世纪教育网]
①核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数．
②质量数(A)=核子数=质子数+中子数．
【问题探究】
提问：原子核的电荷数是不是电荷量？原子荷的质量数是不是质量？[21世纪教育网]
答案：不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷数。原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。
【典型例题】
例题：下列说法正确的是（ ）
A．射线粒子和电子是两种不同的粒子 B．红外线的波长比X射线的波长长
C．粒子不同于氦原子核 D．射线的贯穿本领比粒子强
点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19世纪末20世纪初，人们发现X，，，射线，经研究知道，X，射线均为电磁波，只是波长不同。可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，射线是电子流，粒子是氦核。从，，三者的穿透本领而言：射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。
【达标训练】
1、物质发射射线的性质叫_____________，具有这种性质的元素的原子序号大于或等于_______________。能够_____________地放出射线的现象叫天然放射现象。
2、在射线经过的空间施加磁场，射线会分成三束，其中有两束发生了不同的偏转，说明这两束_____________，另一束则_____________，说明_____________。这三种射线叫_____________、_____________、_____________。
3、___________________说明原子核具有复杂结构。原子核由___________和___________组成，其中质子和中子统称为_______________。原子核所带的电量总是质子电量的_________倍，所以通常用质子数表示原子核的电量，叫原子核的_______________；而质子和中子的总数目叫原子核的_______________。具有相同_______________而不同_______________的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为_______________。
4、现在，科学家正在设法寻找“反物质”。所谓的“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，据此，反 粒子的质量数为___________，电荷数为___________。
5、天然放射现象揭示了 ( )
A．原子不可再分 B．原子的核式结构
C．原子核还可以再分 D．原子核由质子和中子组成
6、下列关于三种射线的说法正确的是( )
A．α射线就是α粒子流 B．β 射线就是高速中子流
C．β射线就是高速电子流 D．γ 射线就是光子
7、关于X，下列说法正确的是 ( )
A．它表示一个原子 B．它表示一个原子核
C．它表示原子核中有个12质子 D．它表示原子核中有个12核子
8、某种元素的原子核符号为X，则 ( )
A．原子核的质子数为Z，中子数为A-Z B．原子核的质子数为Z，核子数为A
C．原子核的质子数为A，中子数为Z D．原子核的质子数为A，中子数为A-Z21世纪教育网
9、关于质子和中子，下列说法正确的是 ( )21世纪教育网
A．原子核由质子和中子组成 B．质子和中子统称为核子[来源:21世纪教育网]
C．质子带正电，中子不带电 D．质子和中子都是卢瑟福用实验发现的
10、同位素是指 ( )
A．具有相同的质子数和不同的中子数 B．具有相同的中子数和不同的质子数
C．具有相同的核子数和不同的中子数 D．具有相同的核子数和不同的质子数
11、α粒子可表示为He，则下列说法正确的是 ( )
A．α粒子有4个质子 B．α粒子有2个中子
C．α粒子的质量数为4 D．α粒子实际就是He原子核
12、如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔水平射出，在小孔和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的是 ( )
A．打在图中a、b、c三点的分别是α射线、γ 射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆
D．若在铅盒和荧光屏之间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只有一处
13、已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，求：
（1）镭原子核中有几个质子，几个中子？
（2）镭核所带的电量为多少？
（3）若镭原子呈中性时，它核外有几个电子？
【达标训练参考答案】21世纪教育网
1、放射性，83，自发 2、带电，不偏转，不带电，α射线，β射线，γ射线 3、天然放射现象，质子，中子，核子，整数，核电荷数，质量数（或核子数），核电荷数，质量数，同位素 4、4，－2 5、C 6、ACD 7、BC 8、AB 9、ABC 10、A 11、BCD 12、ACD 13、（1）88个质子，138个中子 （2）1.408×10-17C （3）88
【反思】
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1.3 动量守恒定律在碰撞中的应用 学案1
【学习目标】
（1）．知道应用动量守恒定律解决问题时应注意的问题
（2）．掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤
（3）．会应用动量定恒定律分析、解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题
（4）能综合应用动量守恒定律和其它规律解决一维运动有关问题
【学习重点】
熟练掌握正确应用动量守恒定律解决有关力学问题的正确步骤
【知识要点】
动量守恒定律的适用条件：
①系统不受外力或所受外力之和为0；
②系统所受外力比内力小很多；?
③系统某一方向不受外力或所受外力之和为0；
④系统在某一方向所受外力比内力小很多．
【问题探究】
问题：动量守恒定律与机械能守恒定律有哪些不同？
解答：（1）守恒条件有本质的不同。
（2）两者守恒的性质不同：动量守恒是矢量守恒，所以要特别注意方向性，有时某一方向上系统动量守恒，故有分量式；机械能守恒为标量守恒，即始、末两态机械能数值相等，与方向无关。
（3）应用范围不同。[来源:21世纪教育网]
【典型例题】
例题1、在列车编组站里，一辆m1=1.8×１０４kg的货车在平直轨道上以v1=2m/s的速度运动，碰上一辆m2=2.2×104kg的静止的货车，它们碰撞后接合在一起继续运动，求运动的速度？
思考：相互作用的系统是什么？系统受到哪些外力的作用？是否符合动量守恒的条件？本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？21世纪教育网
在处理实际问题时，如果外力远小于相互作用过程中的内力，此时外力可以忽略不计，认为相互作用过程中的动量守恒。
解：取货车m1碰撞前的运动方向为正方向，则v1=2m/s，设两车接合后的速度为v，则由动量守恒定律p′=p可得：（m1+m2）v=m1v1?
∴。方向沿着货车m1原来运动的方向
例题2、一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点速度的大小为v，导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着v的反方向飞去，速度的大小为v1，求炸裂后另一块的速度v2．
解：导弹炸裂前的总动量为p=mv，炸裂后的总动量为p′=m1v1+(m-m1)v2?
据动量守恒p′=p可得：m1v1+(m-m1)v2=mv 所以
取炸裂前速度v的方向为正方向，v为正值，v1与v的方向相反，v1为负值，由可知，v2应为正值，这表示质量为(m-m1)的那部分沿着与v相同的方向飞去．
【规律总结】
应用动量守恒定律解题的一般步骤：
①确定研究对象（即相互作用的系统）．
②对系统进行受力分析，分清哪些力是系统内力，哪些是系统外力．
③判断是否符合动量守恒的条件．
④恰当选取初态和末态，然后据动量守恒定律的表达式列方程．
⑤注意：用动量守恒定律列式时，应注意各量中速度的参考系要统一，要规定正方向，确定各量的正、负号．
【当堂反馈】
1. A、B两球在光滑水平面上相向运动，两球相碰后有一球停止运动，则下述说法中正确的是 （ ）
A．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
B．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量
C．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
D．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量
2. 一辆小车在光滑的水平上匀速行使，在下列各种情况中，小车速度仍保持不变的是（ ）21世纪教育网
A．从车的上空竖直掉落车内一个小钢球
B．从车厢底部的缝隙里不断地漏出砂子
C．从车上同时向前和向后以相同的对地速率扔出质量相等的两物体
D. 从车上同时向前和向后以相同的对车速率扔出质量相等的两物体
3. 下列关于动量守恒的论述正确的是
A．某物体沿着斜面下滑，物体的动量守恒
B．系统在某方向上所受的合外力为零，则系统在该方向上动量守恒
C．如果系统内部有相互作用的摩擦力，系统的机械能必然减少，系统的动量也不再守恒
D．系统虽然受到几个较大的外力，但合外力为零，系统的动量仍然守恒
4. 如图所示，在光滑的水平面上，依次放着质量均为m的4个小球，小球排列在一条直线上，彼此间隔一定的距离。开始时后面3个小球处于静止状态，第一个小球以速度v向第二个小球碰去，结果它们先后都粘合到一起向前运动。由于连续碰撞，系统剩余的机械能是__________。
5. A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，A球的动量是5kg﹒m/s，B球的动量是7kg﹒m/s，当A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是（ ）
A．6kg﹒m/s、6kg﹒m/s B．4kg﹒m/s、8kg﹒m/s
C．-2kg﹒m/s、14kg﹒m/s D．-3kg﹒m/s、15kg﹒m/s
6. 木块a和b用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a紧靠在墙壁上，在b上施加向左的水平力使弹簧压缩，如图所示，当撤去外力后，下列说法中正确的是（ ）
A．a尚未离开墙壁前，a和b系统的动量守恒
B．a尚未离开墙壁前，a与b系统的动量不守恒
C．a离开墙后，a、b系统动量守恒
D．a离开墙后，a、b系统动量不守恒
【参考答案】
1.点拨： 此题考查动量守恒定律的公式。选AD
2. 点拨：此题考查动量守恒定律。选BD。
3.点拨：此题考查动量守恒的条件。选BD。
4、点拨：此题考查多物体多过程动量守恒和能量守恒定律。答案：
5.点拨：此题考查碰撞的规律。必须满足动量守恒定律、动能不增加、符合实际情景选A。6.点拨：此题考查动量守恒定律应用的条件。正确选项为BC。
【达标训练】
1．在高速公路上发生一起交通事故，一辆质量为15000 kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000 kg向北行驶的卡车，碰后两车接在一起，并向南滑行了一段距离后停止．根据测速仪的测定，长途客车碰前以20 m/s的速度行驶，由此可判断卡车碰前的行驶速率为 21世纪教育网21世纪教育网
A．小于10 m/s
B．大于10 m/s小于20 m/s
C．大于20 m/s小于30 m/s 21世纪教育网
D．大于30 m/s小于40 m/s
2．如图所示，A、B两物体的质量比mA∶mB=3∶2，它们原来静止在平板车C上，A、B间有一根被压缩了的弹簧，A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同，地面光滑．当弹簧突然释放后，则有
A．A、B系统动量守恒 B．A、B、C系统动量守恒
C．小车向左运动 D．小车向右运动
3．把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平面上，枪发射出一颗子弹时，关于枪、弹、车，下列说法正确的是
A．枪和弹组成的系统，动量守恒
B．枪和车组成的系统，动量守恒
C．三者组成的系统，因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，使系统的动量变化很小，可以忽略不计，故系统动量近似守恒
D．三者组成的系统，动量守恒，因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用，这两个外力的合力为零
4．甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动，已知它们的动量分别是p甲=5 kg·m/s，p乙= 7 kg·m/s，甲追乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为p乙′=10 kg·m/s，则关于甲球动量的大小和方向判断正确的是 A．p甲′=2kg·m/s，方向与原来方向相反
B．p甲′=2kg·m/s，方向与原来方向相同
C．p甲′=4 kg·m/s，方向与原来方向相反
D．p甲′=4 kg·m/s，方向与原来方向相同
5．如图所示，三辆相同的平板小车a、b、c成一直线排列，静止在光滑水平地面上，c车上一个小孩跳到b车上，接着又立即从b车跳到a车上，小孩跳离c车和b车时对地的水平速度相同，他跳到a车上没有走动便相对a车保持静止，此后
A．a、c两车的运动速率相等 [来源:21世纪教育网]
B．a、b两车的运动速率相等
C．三辆车的运动速率关系为vc＞va＞vb
D．a、c两车的运动方向一定相反
6．一个物体的质量是2 kg，沿竖直方向下落，以10 m/s的速度碰到水泥地面上，随后又以8 m/s的速度被反弹回，若取竖直向上为正方向，则小球与地面相碰前的动量是_______kg·m/s，相碰后的动量是_______kg·m/s，小球的动量变化是_______kg·m/s．
7．两个质量相同的小球A、B，中间用轻弹簧相连，放在光滑的水平面上，A球挨着左墙壁，如图所示．若用水平向左的短时冲量I作用于B球，B球将弹簧压缩，弹簧的最大弹性势能是4 J，当A球离开墙壁瞬间，B球的动量大小是2 kg·m/s．则B球的质量是________；水平冲量I的大小是________．
8．质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾．现在小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中．求小孩b跃出后小船的速度．
9．如图所示，甲车的质量是2 kg，静止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一个质量为1 kg的小物体．乙车质量为4 kg，以5 m/s的速度向左运动，与甲车碰撞以后甲车获得8 m/s的速度，物体滑到乙车上．若乙车足够长，上表面与物体的动摩擦因数为0.2，则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止 （g取10 m/s2） 21世纪教育网21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1．A 2．BC 3．D?4．B 5．CD
6．-20；16；36?
7．0.5 kg；2 N·s 用水平向左的短时冲量I作用于B球后，B球获得一定的动量，向左压缩弹簧，压缩过程中，B球的动能转化为弹簧的弹性势能，机械能守恒．B球速度为零时，弹簧弹性势能最大为4 J，当A球离开墙壁瞬间，弹簧刚好恢复原长，B球动能为4 J，而B球的动量大小是2 kg·m/s，由动量公式p=mv和动能公式Ek=mv2，可求出B球的质量?0．5 kg，同时可知B球压缩弹簧前的动量大小也是2 kg·m/s，据动量定理，水平冲量I的大小是2 N·s．?
8．（10分）因均是以对地（即题中相对于静止水面）的水平速度，所以先后跃入水中与同时跃入水中结果相同．?
设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为v，取v0为正向，根据动量守恒定律，有?
（M+2m）v0=Mv+mv-mv?21世纪教育网
解得：v=（1+）v0?
9．乙与甲碰撞动量守恒：?
m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′?
小物体m在乙上滑动至有共同速度v，对小物体与乙车运用动量守恒定律得?
m乙v乙′=（m+m乙）v?
对小物体应用牛顿第二定律得a=μg?
所以t=v/μg?
代入数据得t=0.4 s?
【反思】
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3.1 敲开原子的大门 学案
【学习目标】
（1）了结汤姆生发现电子的历史过程。
（2）知道什么是阴极射线，了解他的实质。
（3）体会研究阴极射线的方法。
【学习重点】
电子发现的方法和过程。通过实验说明阴极射线的存在，对阴极射线的一系列实验研究发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒。
【知识要点】21世纪教育网
1、阴极射线
气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。21世纪教育网
史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。所以他把这种未知射线称之为阴极射线。对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。21世纪教育网
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。[来源:21世纪教育网]
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
2、汤姆孙的研究
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A＇上。
[来源:21世纪教育网]
21世纪教育网
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。
（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。
在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件： 时，则阴极射线不发生偏转。则：
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：
又因为：
且
则：
根据已知量，可求出阴极射线的比荷。
思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量机同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。
电子的电荷量 e＝1.60217733×10－19C
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。电子的质量 m＝9.1093897×10－31kg
【问题探究】21世纪教育网
问题：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？
气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。
【典型例题】
例：汤姆孙用测定粒子比荷的方法发现了电子。联系已学过的知识，完成课本“思考与讨论"中比荷的表达式的推导。
解：设阴极射线的电荷量为q,质量为m，若射线沿水平方向前进，则受力平衡
即，所以 ………… ①
射线粒子在匀强电场中偏转的位移为 ②21世纪教育网
由（3.1.1）式得 ③ 由上三式得：所以
【当堂反馈】
1、一直以来人们都认为_____________是构成物质的最小粒子，直到1897年物理学家____________发现了带_________电的____________，从此打破了原子不可再分的神话。
2、阴极射线带_________电，它实际上就是____________________。
3、卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。
4、原子是由带_______电的___________和带_______电和___________组成的。
5、在物理学发展史上，有一些定律或规律的发现，首先是通过推理论证建立理论，然后再由实验加以验证，下列叙述内容符合上述情况的是( )
A．牛顿发现了万有引力，经过一段时间后卡文迪许用实验方法测出引力常量的数值，从而验证了万有引力定律
B．爱因斯坦提出了量子理论，后来普朗克用光电效应实验提出了光子说
C．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来由赫兹用实验证实了电磁波的存在
D．汤姆生提出原子的核式结构学说，后来由卢瑟福用α粒子散射实验给予了验证
6、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
7、在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列的( )
A．动能最小 B．电势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小 D．所受金原子核的斥力最大
8、卢瑟福由α粒子散射实验得出的结论包括( )
A．原子中心有一个很小的核 B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
C．原子中的正电荷均匀分布 D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转[来源:21世纪教育网]
9、如图所示为α粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是粒子运动轨迹的是 ( )
A．a
B．b
C．c
D．d
10、在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为 ( )
A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它 B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小 21世纪教育网
C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消 D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零
11、卢瑟福的 粒子散射实验的结果 ( )
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．说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上
D．说明原子中存在电子
12、在 粒子散射实验中，使少数 粒子发生大角度偏转的作用力是( )
A．原子核对 粒子的万有引力 B．原子核对 粒子的库仑力
C．原子核对 粒子的磁场力 D．原子核对 粒子的核力
13、下列关于原子核结构的说法正确的是 ( )
A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构
B． 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C． 粒子散射实验中绝大多数 粒子发生了大角度偏转
D． 粒子散射实验中有的 粒子生了大角度偏转的原因是 粒子与原子核发生碰撞所致
14、氢原子核外电子的电荷量为e，它绕核运动的最小轨道半径为r，求电子绕核做匀速圆周运动的动能和电子所以轨道处的场强大小。
【参考答案】
1、原子，汤姆生，负，电子 2、负，电子 3、α粒子散射实验，原子核式结构 4、正，原子核，负，电子 5、AC 6、AD 7、AD 8、ABD 9、BD 10、B 11、C 12、B 13、B 14、，
【反思】
收获
疑问
C
C1
C2
Y
A
S
磁场
x
L
萤幕
D
S
S
O
电场E
A
y
e
m
y1
y2
v0
v
a
d
c
b
α粒子
金原子核
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§1.1 物体的碰撞 学案
【学习目标】
1、知识与技能
（1）了解历史上对碰撞问题的研究过程
（2）知道生活中各种各样的碰撞形式
（3）知道弹性碰撞与非弹性碰撞
（4）能正确表达弹性碰撞和非弹性碰撞的特征，会用能量守恒的关系分析弹性与非弹性碰撞现象
2、过程与方法
经历不同弹性的物体间的碰撞的实验探究过程，知道区分常用方法，培养分析推理的能力。
3、情感、态度与价值观
感受不同碰撞的区别，培养勇于探索的精神。
【学习重点】
弹性碰撞与非弹性碰撞
【知识要点】
1、 碰撞：相互运动的物体相遇，在极短的时间内，通过相互作用，运动状态发生显著变化的过程叫碰撞。
[来源:21世纪教育网]
2、
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（1）（完全）弹性碰撞：在弹性力的作用下，系统内只发生机械能的转移，无机械能的损失，称完全弹性碰撞。
（2）非弹性碰撞：非弹性碰撞：在非弹性力的作用下，部分机械能转化为物体的内能，机械能有了损失，称非弹性碰撞。
（3）完全非弹性碰撞：在完全非弹性力的作用下，机械能损失最大（转化为内能等），称完全非弹性碰撞。碰撞物体粘合在一起，具有相同的速度。
【典型例题】
例1、在光滑的水平面上，有质量分别为m1、m2的钢球沿一条直线同向运动， m1、 m2的速度分别是v1、v2，(v1、＞v2)m1与m2发生弹性正碰。求碰后两钢球的速度。
则由动量守恒定律和动能守恒可以列出以下方程
利用（3）式和（4）式，可讨论以下两种特殊情况：
A．如果两物体质量相等，即m1=m2，则可得
B．如果一个物体是静止的，例如质量为m2的物体在碰撞前是静止的，即v2=0，则可得
这里又可有以下几种情况：21世纪教育网
a．
b．
质量较大的物体向前运动。
c．
d．以原速率反弹回来，而质量很大的物体几乎不动。例如橡皮球与墙壁的碰撞。
e．速度几乎不变，而质量很小的物体获得的速度是原来运动物体速度的2倍，这是原来静止的物体通过碰撞可以获得的最大速度，例如铅球碰乒乓球。
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分析：
例2．下面是一个物理演示实验，如图所示，它显示：自由下落的物体A和B经反弹后，能上升到比初始位置高得多的地方。A是某种材料做成的实心球，质量m1=0.28kg，在其顶部的凹坑中插着质量为m2=0.10kg的木棍B。B只是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙。将此装置从A下端离地板的高度H=1.25m处由静止释放。实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变；接着木棍B脱离球A开始上升，而球A恰好停留在地板上。求木棍B上升的高度。（重力加速度g=10m/s2）
解析：本题考查了学生对物理问题的分析、理解及处理的能力，如何迅速建立物理模型，迅速分析得出各个运动过程及其遵循的物理规律。
根据题意，A碰地板后，反弹的速度大小v1等于它下落到地面时速度的大小，即
v1==5m/s，A刚反弹后，速度向上，立即与下落的B碰撞，碰前B的速度v2=v1=5m/s。
由题意，碰后A速度为零，以v2 表示B上升的速度，根据动量守恒，（以向上为正方向）：m1v1-m2v2=m2v2 得v2 =9m/s
B上升的高度为h= v2 2/2g=4.05m
点评:本题以一个演示实验设置情景,要求考生运用所学知识解决物体相互作用后的运动情况,有一定难度.在运用动量守恒定律时,应先选取一个正方向,以此为基准,确定所有物理量的正负.用正负表示速度方向,一直是学生的难点,复习中应注意.
【当堂反馈】
1、 在光滑的水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车，一质量为m的小铁块以速度v沿水平槽口滑去，如图所示。（设m不会从左端滑离M）求：
①、小车的最大速度？
②、若M=m则铁块从右端脱离小车后将作什么运动？
2、如图所示，AB是光滑的曲杆，BC是光滑的水平支杆。一被穿在曲杆上质量为m的小球P从距水平支杆某高度处，以某一速度顺曲杆滑下，它与质量为M被穿在BC杆上静止的物体Q相碰撞，碰后P又沿原路返回，后来又从AB上滑下，设BC杆无限长，碰撞过程中无能量损失，求：
①、如果它们能发生第二次碰撞，必须满足什么条件？
②、如果使球P在第二次碰撞后的速度与碰撞前的速度方向相反，必须满足什么条件？
【参考答案】
1、分析和解：
当铁块滑至最大高度后返回时，M仍在作加速运动，其最大速度是在铁块从右端脱离小车时。而铁块和小车间挤压、分离过程，属于弹性碰撞模型，有：
mv=mv1+Mv2
mv2=mv12+ Mv22
得：v1=v，v2=v
当M=m时，v1=0，v2=v，所以铁块将作自由落体运动。
启示：碰撞中的一些有用的结论，有时也可用于解决碰撞类的问题。
2、分析与解：
①设球P与物体Q第一次碰撞前，球P的速度为v，碰撞后球P的速度为v1、物体Q的速度为v2，则由机械能守恒、动量守恒定律可知：
mv=mv1+Mv2
mv2=mv12+ Mv22
得：v1=v，v2=v21世纪教育网
由于碰后P又沿原路返回，所以v1＜0，即必须有m＜ M。由于曲杆光滑，因此当球P第二次从曲杆滑到水平杆上时，速度大小不变但方向相反，即发生第二次碰撞前，速度变成了- v1，如果能碰上物体Q，必须满足- v1＞v2
-v＞v
所以，＜
②设和分别表示P、Q第二次碰撞后的速度，则由机械能守恒、动量守恒定律可知：
M v2-m v1= M+m
mv12+ Mv22=m2+M2
解得=
要使球P在第二次碰撞后的速度与碰撞前的速度方向相反，必须满足＜0这个条件，即＜0
其解为＞
或 ＜
＞此解不满足题意，因如果它满足，根据①的结论可知将不会发生第二次碰撞，故应舍掉。所以满足条件的应为＜。21世纪教育网
【反思】
收获
疑问
【阅读资料】
一维弹性碰撞的普适性结论：
在一光滑水平面上有两个质量分别为、的刚性小球A和B，以初速度、运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为和。我们的任务是得出用、、、表达和的公式。
、、、是以地面为参考系的，将A和B看作系统。
由碰撞过程中系统动量守恒，有……①
有弹性碰撞中没有机械能损失，有……②
由①得
由②得
将上两式左右相比，可得
即或……③
碰撞前B相对于A的速度为，碰撞后B相对于A的速度为，同理碰撞前A相对于B的速度为，碰撞后A相对于B的速度为，故③式为或，
其物理意义是：[来源:21世纪教育网]
碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等，方向相反；
碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度大小相等，方向相反；
故有：
结论1：对于一维弹性碰撞，若以其中某物体为参考系，则另一物体碰撞前后速度大小不变，方向相反（即以原速率弹回）。
联立①②两式，解得
……④
……⑤
下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。
若，即两个物体质量相等
， ，表示碰后A的速度变为，B的速度变为 。
故有：
结论2：对于一维弹性碰撞，若两个物体质量相等，则碰撞后两个物体互换速度（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）。
若，即A的质量远大于B的质量
这时，，。根据④、⑤两式，
有 ，
表示质量很大的物体A（相对于B而言）碰撞前后速度保持不变……⑥
若，即A的质量远小于B的质量
这时，，。根据④、⑤两式，
有 ，
表示质量很大的物体B（相对于A而言）碰撞前后速度保持不变……⑦
综合⑥⑦，可知：[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
结论3： 对于一维弹性碰撞，若其中某物体的质量远大于另一物体的质量，则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。
至于质量小的物体碰后速度如何，可结合结论1和结论3得出。
以为例，由结论3可知，由结论1可知，即，将代入，可得，与上述所得一致。
以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。
以物体间碰撞形式分类
以物体间碰撞前后两物体的总动能是否发生变化分类
碰撞的种类
正碰
斜碰
弹性碰撞
非弹性碰撞
完全非弹性碰撞
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1.3 动量守恒定律在碰撞中的应用 学案2
【学习目标】
（1）．知道应用动量守恒定律解决问题时应注意的问题
（2）．掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤
（3）．会应用动量定恒定律分析、解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题
（4）能综合应用动量守恒定律和其它规律解决一维运动有关问题
【学习重点】
熟练掌握正确应用动量守恒定律解决有关力学问题的正确步骤
【知识要点】
应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法
（1）分析题意，明确研究对象
在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体总称为系统.对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的。21世纪教育网
（2）要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析
弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力，哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力。在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件，判断能否应用动量守恒。
（3）明确所研究的相互作用过程，确定过程的始、末状态
即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
注意：在研究地面上物体间相互作用的过程时，各物体运动的速度均应取地球为参考系。
（4）确定好正方向建立动量守恒方程求解。
【典型例题】
例1.A、B两球在光滑水平面上沿同一方向运动，A球动量为p1=5kg·m/s，B球动量为p2=7kg·m/s，两球碰后B球动量变为p2 =7kg·m/s，则两球质量关系可能是：（ ）
A、m1=m2 B、m2=2m1 C、m2=4m1 D、m2=6m1
解析：由碰撞中动量守恒可求得p1 =2kg·m/s，要使A追上B，则必有v1>v2，即p1/m1> p2/m2 则m2>1.4m1 ①
碰后p1 、p2 均大于零，表示同向运动，应有v2 ≥v1 ，即：p1 /m1≤ p2 /m2 则 m2≤5m1 ②
碰撞过程中，动能不增加，即：p12/2m1+ p22/2m2≥p1 /2m1+p2 /2m2
代数解得：m2≥17m1/7 ③
由①②③式可知：17m1/7≤m2≤5m1故选C。
例2．甲、乙两只小船平行逆向航行，船和船上的麻袋总质量分别为m1=500kg、m2=1000kg。当它们头尾相齐时，由每只船上各投质量m=50kg的麻袋到另一只船上去，结果甲船停下来，乙船以v=8.5m/s的速度沿原方向继续航行。求交换麻袋前两只船的速率各为多少？（不计水的阻力）
解析：投掷麻袋时，由于船与麻袋在前进方向上均未受外力作用，在麻袋未落到对方船上以前，甲、乙二船及空中麻袋在各自前进方向上的速度未发生变化。选两只麻袋和两只船组成的系统为研究对象，则系统的总动量守恒，以乙船前进的方向为正方向，由动量守恒定律得： m2v2-m1v1=m2v ①
再选从乙船上抛出的麻袋和抛出麻袋后的甲船为系统，由动量守恒定律得：21世纪教育网
mv2-（m1-m）v1=0 ②
由①②两式得：2v2-v1=17 ③
代入②式解得：v1=1m/s v2=9m/s ④
点评：此问题中涉及的物体比较多，但前进方向上整个系统不受任何外力，再者麻袋与船两两构成的系统前进方向上也不受外力，则此问题的关键就是研究对象的选取。
例3：如图所示，在光滑水平面上有A、B两辆小车，水平面的左侧有一竖直墙，在小车B上坐着一个小孩，小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态，小孩把A车以相对于地面的速度v推出，A车与墙壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A车后，又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出，A车相对于地面的速度都是v，方向向左。则小孩把A车推出几次后，A车返回时小孩不能再接到A车？
分析：此题过程比较复杂，情景难以接受，所以在讲解之前，教师应多带领学生分析物理过程，创设情景，降低理解难度。
解：取水平向右为正方向，小孩第一次
推出A车时：mBv1－mAv=0
即： v1=
第n次推出A车时：mAv ＋mBvn－1=－mAv＋mBvn
则： vn－vn－1＝，
所以： vn＝v1＋（n－1）
当vn≥v时，再也接不到小车，由以上各式得n≥5.5 取n＝6
点评：关于n的取值也是应引导学生仔细分析的问题，告诫学生不能盲目地对结果进行“四舍五入”，一定要注意结论的物理意义。
【规律总结】[来源:21世纪教育网]
解决碰撞问题时要紧紧抓住三个依据（特点）
（1）动量守恒，即：p1+p2=p1 + p2
（2）动能不增加，即：Ek1+Ek2≥Ek1 +Ek2 或
p12/2m1+ p22/2m2≥p1 /2m1+p2 /2m2
（3）速度要符合物理情景：如果碰前两物体同向运动，则后面的物体速度必大于前面物体的速度，即V后>V前，否则无法实现碰撞。碰撞后，原来在前的物体的速度一定增大，切原来在前的物体速度大于或等于原来在后的物体的速度，即V前 ≥V后 ，否则碰撞没有结束。
如果碰前两物体是相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变。21世纪教育网
【当堂反馈】
1．篮球运动员接传来的篮球时，通常要先伸出两臂迎接，手接触到球后，两臂随球迅速引至胸前．这样做可以 21世纪教育网
A．减小球对手的冲量 B．减小球的动量变化率
C．减小球的动量变化量 D．减小球的动能变化量
2．玻璃茶杯从同一高度掉下，落在水泥地上易碎，落在海锦垫上不易碎，这是因为茶杯与水泥地撞击过程中
A．茶杯动量较大 B．茶杯动量变化较大 [来源:21世纪教育网]
C．茶杯所受冲量较大 D．茶杯动量变化率较大
3．质量为m的钢球自高处落下，以速率v1碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为v2．在碰撞过程中，钢球受到的冲量的方向和大小为
A．向下，m（v1－v2） B．向下，m（v1＋v2） 21世纪教育网
C．向上，m（v1－v2） D．向上，m（v1＋v2）
4．质量为5 kg的物体，原来以v=5 m/s的速度做匀速直线运动，现受到跟运动方向相同的冲量15 N·s的作用，历时4 s，物体的动量大小变为
[来源:21世纪教育网]
A．80 kg·m/s B．160 kg·m/s
C．40 kg·m/s D．10 kg·m/s
5．一物体竖直向上抛出，从开始抛出到落回抛出点所经历的时间是t，上升的最大高度是H，所受空气阻力大小恒为F，则在时间t内
A．物体受重力的冲量为零
B．在上升过程中空气阻力对物体的冲量比下降过程中的冲量小
C．物体动量的增量大于抛出时的动量
D．物体机械能的减小量等于FH
6．甲乙两船自身质量为120 kg，都静止在静水中，当一个质量为30 kg的小孩以相对于地面6 m/s的水平速度从甲船跳上乙船时，不计阻力，甲、乙两船速度大小之比：v甲∶v乙=_______．
7．如图所示，甲、乙两辆完全一样的小车，质量都为M，乙车内用绳吊一质量为0.5 M的小球，当乙车静止时，甲车以速度v与乙车相碰，碰后连为一体，则碰后两车的共同速度为_______．当小球摆到最高点时，速度为_______．
8．质量为m=0.10 kg的小钢球以v0=10 m/s的水平速度抛出，下落h=5 m时撞击一钢板，撞后速度恰好反向，则钢板与水平面的夹角θ=_______.刚要撞击钢板时小球的动量大小为_______.（取g=10 m/s2）
9．如图所示，质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点，水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上，另一端与靶盒A连接。Q处有一固定的发射器B，它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m／s，质量m=0.010kg的弹丸，当弹丸打入靶盒A后，便留在盒内，碰撞时间极短。不计空气阻力。求
弹丸进入靶盒A后，弹簧的最大弹性势能为多少？
【参考答案】
1．B 2．D 3．D 4．C 5．BC
6．5∶4?21世纪教育网
7．v?
8．45°；kg·m/s 小球撞击后速度恰好反向，说明撞击前速度与钢板垂直．利用这一结论可求得钢板与水平面的夹角θ=45°，利用平抛运动规律（或机械能守恒定律）可求得小球与钢板撞击前的速度大小v=v0=10m/s，因此其动量的大小为p=mv=kg·m/s．
9．（10分）解析：（1）弹丸进入靶盒A后，弹丸与靶盒A的共同速度设为v，由系统动量守恒得
靶盒A的速度减为零时，弹簧的弹性势能最大，由系统机械能守恒得
解得 21世纪教育网
代入数值得 J
【反思】
收获
疑问
A
B
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4.6 核能利用 学案
【学习目标】
(1)知道核反应堆和核电站．
(2)了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型．
(3)知道核电站的工作模式，了解核能的发展前景．
【学习重点】
核反应堆的工作原理
【知识要点】
1、 反应堆
核反应堆是核电站的心脏．它是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓的释放出来．其结构如下表：
裂变材料(核燃料) 一般用浓缩铀(铀235占3％一4％)，通常做成棒状，置于反应堆的中心部分．
慢化剂(减速剂) 通常用石墨、重水或普通水，其作用是使裂变产生的快中子通过慢化剂而减速，使它容易被铀235吸收．
控制棒 用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反应强度．当反应太强时，控制棒能自动插入．多吸收些中子；当反应强度不够时，控制棒能自动抽出一些，少吸收一些中子．
反射层 一般用石墨做材料，安放在反应堆中心区周围，阻止中子逃逸．
热交换器 核反应堆中释放的能量大部分转化为热能．利用水循环，产生高温高压的蒸汽。从而推动蒸汽轮机．带动发电机发电．
防护层 由金属套、防止中予外逸的水层以及l--2 m厚的钢筋混凝土构成，可有效地防止射线对人体及其他生物体的侵害．
说明：
①裂变反应堆常见的类型有：重水堆、高温气冷堆、快速中子增殖反应堆等． ；
②为防止射线泄漏和核废料污染，在反应堆的外面需建很厚的水泥防护层，要对核废料进行特殊密封并深埋于地下深层．
二、核电站的工作模式
核电站是以核反应堆为能源，产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，其余部分与火力发电厂基本相同．如课本图所示，它主要由裂变反应堆、第一回路系统、第二回路系统及其他辅助系统组成．
三、核能的利用
1．核武器：如原子弹、氢弹．
2．核电站：除发电外，反应堆还可提供大量中子用来进行各种物理实验，制造各种放射性同位素．
3．核动力：如核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰、核动力太空探测器等．
【典型例题】
例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A、 B、
C、 D、
分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。
是衰变， 是衰变，是人工转变，只的C选项是重核裂变。
解：表示核裂变的是C
例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235 （一年按365天计算）
学生回答：
解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J，每年的发电量W总=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010 J 所以，每年消耗的铀的量为：
点评：培养学生推理及公式演算的能力。注意速度单位的换算，运算过程中带单位运算。适当进行爱国主义教育。
例题3、水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是指 （填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。
解析：①核能： 因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。
②核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献。
【达标训练】
1. 下列说法错误的是 ( )[21世纪教育网]
A．原子核分裂成核子时会放出核能
B．α粒子散射实验使人们认识到原子核本身有复杂的结构
C．根据玻尔的原子理论，在氢原子中，量子数n越大，原子能级的能量也越大
D．氡222衰变成钋218，半衰期为3.8天，因此200个氡222原子核经过3.8天后剩下90个
2.一群处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时，可能发射的谱线为 ( )
A． 3条 B． 4条 C． 5条 D． 6条21世纪教育网
3.已知氢原子核外电子的第一条可能轨道半径为rl，此时氢原子的能量为E1，当核外电子在第n条可能轨道上时，有 ( )
A． 其轨道半径为rn=n2r1
B．氢原子的能量为En=E1/n2，由此可见n越大，能量越小
C．氢原子在不同能量状态之间跃迁时，总能辐射出一定波长的光子
D．氢原子由能量状态En跃迁到能量状态En-1时，其辐射光子的波长为
4.某放射性元素，在15h内衰变了全部原子核的7/8，则其半衰期为 ( )
A． 10h B． 7.5h C． 5h D． 3h
5. (钍)经过一系列α和β衰变，变成 (铅)，下列说法正确的是 ( )
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
6．卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用α粒子轰击金铂，实验中发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．全部发生很大偏转
D．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
7．在极短的距离上，核力将一个质子和一个中子吸引在一起形成一个氘核，下述说法中正确的是 ( )
A．氘核的能量大于一个质子和一个中子能量之和
B．氘核的能量等于一个质子和一个中子能量之和
C．氘核的能量小于一个质子和一个中子能量之和
D．氘核若分裂为一个质子和一个中子时，一定要放出能量
8．关于质能方程，下列说法正确的是 ( )
A．人质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
9．当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生γ光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是 ( )
A．核子结合成原子核时，要放出一定的能量
B．原子核分裂成核子时，要放出一定的能量
C．γ光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和
D．γ光子具有一定的能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和
10．．原子核A经β衰变(一次)变成原子核B，原子核B再经α衰变(一次)变成原子核C，则下列说法中哪些说法是正确的 ( )
A．核A的中子数减核C的中子数等于2
B．核A的质子数减核C的质子数等于5
C．原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数少1
D．核C的质子数比核A的质子数少121世纪教育网
11．氢原子核外电子由一个轨道向另一个轨道跃迁时，可能发生的情况是 ( )
A．原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．原子放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量减少
C．原子吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增大
D．原子放出光子，电子的动能增加，原子的电势能减少，原子的能量减少
12．氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出 ( )
A．X射线 B．红光 C．黄光 D．紫光
13．氢原子第一能级是-13.6eV，第二能级是-3.4eV．如果一个处于基态的氢原子受到一个能量为11eV的光子的照射，则这个氢原子 ( )
A．吸收这个光子，跃迁到第二能级，放出多余的能量
B．吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍高的状态
C．吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍低的状态
D．不吸收这个光子
14. 处于静止状态的原子核X经历一次衰变后变成质量为M的Y原子核，放出的粒子垂直射人磁感应强度为B的匀强磁场，测得其做圆周运动的半径为r，已知粒子的质量为m，电量为q，设衰变过程中出现的能量全部转化为新核和α粒子的动能．求此衰变过程亏损的质量．
15. 核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站.一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子若已知氘原子的质量为，氚原子的质量为，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，.
(1)写出氘和氚聚合的反应方程.
(2)试计算这个核反应释放出来的能量.
(3)若建一座功率为的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？
（一年按计算，光速，结果取二位有效数字）
16.图示为氢原子能级示意图，现有每个电子的动能都是Ee=12.89eV的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰。已知碰撞前一个电子和一个原子的总动量为零。碰撞后，氢原子受到激发，跃迁到n＝4的能级。求碰撞后一个电子和一个受激氢原子的总动能。已知电子的质量与氢原子的质量之比为。
17.如图所示，在半径为r的圆形区域内有磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场区域的边界上有a、 b、c三点，三点与圆心O的连线互成1200角度．某时刻静止在b点处的原子核X发生α衰变，α粒子沿bc连线方向射入磁场，经磁场偏转后恰好由a点射出且与ac连线相切．已知α粒子的质量为m，电量为2e，剩余核质量为M，衰变过程释放的核能全部转化为动能，求原子核X的质量 21世纪教育网
18. 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量为2.0136 u，氦核质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u。
（1）写出聚变方程，求出释放能量；
（2）若反应前两氘核的动能均为0.35 MeV，正面相碰发生反应，且反应中释放的结合能全部变为动能，则反应后氦核和中子的动能各为多少？
【达标训练参考答案】
1 2 3 4 5 6 721世纪教育网 8 9 10 11 12 13
ABD D AD C ABD B21世纪教育网 C BD AD CD CD D D
14.解：粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，所以，粒子的动能
X核衰变后生成的新核Y的速度设为u,则依据动量守恒有Mu=mv，所以Y核的动能[来源:21世纪教育网]
衰变过程释放的总能量ΔE=Eα+EM .
释放的能量由衰变过程亏损的质量转化而来，根据质能方程ΔE=Δmc2，得亏损的质量为
15.解：（1）
（2）
（3）一年中产生的电能发生的核反应次数为
所需氘的质量
16.解：已ve和vH表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率，根据题意有
①
碰撞前，氢原子与电子的总动能为 ②
解①②两式并代入数据得 eV ③
氢原子从基态激发到n=4的能级所需能量由能级图得
eV ④
碰撞后电子和受激氢原子的总动能eV ⑤
17. 解：原子核衰变过程，系统动量守恒，
设沿bc为正方向，有：[来源:21世纪教育网]
（2分）
根据能量守恒，有： （2分）
对а粒子，有：
又由几何关系可知： 则可得： （2分）
即 （1分）
根据 ，得
（2分）
又 （2分）
（1分）
（2分）
18.解： （1）核反应方程为
反应中质量亏损为
所以释放的能量为
（2）由动量守恒和能量守恒知
①
②
由①②解得，
【反思】
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疑问
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2.2 光子 学案
【学习目标】
（1）了解普朗克能量量子假说以及微观世界中的量子化现象的概念，能够比较宏观物体和微观粒的能量变化的不同。
（2）知道金属逸出功的概念，知道爱因斯坦光电效应方程，并能用其解释光电效应现象。
（3）知道光子的概念，会用光子能量和频率的关系进行计算。
【学习重点】
光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想
【知识要点】
一、爱因斯坦的光子说．
1、普朗克的研究：
他在研究热辐射时提出：电磁波发射和吸收的能量不是连续的，而一份一份地进行的，每一份的能量等于h，其中ν是辐射电磁波的频率，h是一个常量，叫做普朗克量。实验测得：h=6.63×10-34J·s
2、爱因斯坦提出光子说：
在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比，即：E=hν h：普朗克常量
由此可知：每个光子的能量只取决于光的频率。
二、爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：
W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。Wk为光电子的最大初动能。
三、爱因斯坦对光电效应的解释[来源:21世纪教育网]
①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系21世纪教育网
④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
【问题探究】
问题1.如何区分“光子的能量”和“光的强弱”？
解答：首先从研究对象上区分，光是大量光子的集合；其次从概念上区分，一个“光子的能量”仅取决于光的频率，而“光的强弱”取决于可理解为单位时间内照射到单位面积上光子的总能量，显然“光的强弱”取决于两个因素，一是每个光子的能量，二是单位时间照射到单位面积上光子的个数，其中起主要作用的是光子的个数。
问题2.如何区分“光子”和“光电子”？
解答：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，而光电子是指光照射金属表面时，从金属中飞出的电子。
【典型例题】
例1.太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接受的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45％．(1)假如认为可见光的波长约为O.55μm，日地间距离R：1．5×1011m.普朗克常量h=6．6×lO-34 J·s，试估算太阳每秒辐射出的可见光光子数．
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m估算地球接受的太阳光的总功率．
解析：(1)设地面上垂直阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有：
P×45％=n·hc/λ．
解得：n=O.45λP／hc=1.75×1021。
设想一个以太阳为球心，以日地距离为半径的大球面积包围着太阳，大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数．则所求可见光光子数：N=n·4πR2≈4．9×1044．
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直．接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积．则地球接收阳光的总功率：21世纪教育网
P地=P·πr2≈1.8×1014 kW,
例2、红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲.现有一发射功率为10W的红宝石激光器,正常工作时每发射一个光脉冲持续时间为1.0×10-11s,所发光的波长为693.4nm,由此可求出每道光脉冲的长度l=_________mm,其中含有的光子数n=_________个
答案:3,个
例3、用功率为P0=1W的点光源,照射离光源r=3m处的某块金属薄片,已知光源发出的是波长λ=589mm的单色光,试计算：(1)1s内打到金属薄片1mm2面积上的光子数.(2)若取该金属原子半径r1=0.5×10-10m,则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子
答案:个,s
【当堂反馈】
1、光电管是一种把________信号转换成_________信号的器件。
2、关于光的性质，下列叙述中正确的是：
A、在其它同等条件下，光频率越高，衍射现象越明显；
B、频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著；
C、大量光子产生的效果往往会显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性。
D、如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向作极有规律的匀速直线运动。
3、对于光的波粒二象性的说法中是：
A、有的光是波，有的光是离子粒子； B、光子与电子是同样一种粒子；
C、光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著；
D、光既是宏观意义上的波又是宏观意义上的粒子。
4．某介质中光子的能量是E，波长是λ,则此介质的折射率是（ ）
（A）λE/h （B）λE/ch （C）ch/λE （D）h/λE
5．发光功率为P的点光源，向外辐射波长为λ的单色光，均匀投射到以光源为球心、半径为R的球面上．已知普朗克常量为h，光速为C，则在球面上面积为S的部分，每秒钟有_______个光子射入．
6．一单色光在某种介质中的传播速度为1.5×108m/s，它在介质中的波长为300nm，这种光的频率为_______Hz，在真空中的波长为________这种光子的能量为_______J．
【参考答案】
1、光，电 2、B C 3、C
4. C 5.
6．5．5×1014，6×10-7，3.3×10-19
【达标训练】
1、关于光的波粒二象性的下列说法中正确的是：21世纪教育网
A、光既有波动性又有粒子性；
B、光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说；21世纪教育网21世纪教育网
C、光的波粒二象性学说是把牛顿的光的微粒说和惠更斯的光的波动说相加得出结论；
D、光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子。
2、下列说法中错误的是：
A、光的粒子说的代表人物先后是牛顿和爱因斯坦等；
B、光的波动说的代表人物先后是惠更斯、托马斯.杨和麦克斯韦；
C、支持波动说的实验现象是光的干涉、衍射、色散和光照下锌板放射电子等现象；
D、支持光子说的实验现象是光电效应。
3、、已知铯的极限频率是4.445×1014Hz，钠的为6.000×1014Hz，银的为1.53×1015Hz，铂的为1.529×1015Hz，当用波长为0.357μm的光照射它们时，可发生光电效应的有__________。
4、钠的逸出功为2.4电子伏，现分别用波长为0.7微米的红光、6000埃的橙光和0.42微米的紫光照射时，哪个能产生光电效应？为什么？
5、经典电磁理论为什么无法解释光电效应的瞬时性？
6、一个功率为P=1W的光源，沿各个方向均匀辐射，照射到逸出功为2.5eV的钠片表面，测得光源距钠片的距离为R = 1m，如果照射到每个原子的光能全部被最外层电子吸收，那么请你利用经典的电磁理论推测电子要经过多长时间的能量积累才能逸出钠片的表面？
【达标训练参考答案】
1、A、D
2、C[来源:21世纪教育网]
3、[分析与解答]
因为C=λν，所以入射光的频率ν== =8×1014Hz，因为该入射光的频率大于铯与钠的极限频率，而小于银与铂的极限频率，故用该入射光照射它们时，能够发生光电效应的是铯与钠。
4、[分析与解答] [21世纪教育网]
题目告诉我们钠的逸出功为W= 2.4 eV ，因此我们可以根据入射光子的能量E与W的大小关系来判断。若E≥W，则能发生光电效应。
E = hν= h ， 先取中等波长的橙光来计算：
E橙= h = J = 2.1eV < 2.4eV ，故不能产生光电效应，红光波长长，光子能量更小，更不能产生。
E紫=h= J = 2.9 eV > 2.4eV ，由此可见只有照射钠才能产生光电效应。
5、答：光电效应的实验表明，入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s ，也就是说，光电子的逸出不需要一个能量的积累过程。按照经典的电磁理论，一束光照到物体表面上时，它的能量将分布在大量的原子上，电子从入射光中吸收能量后必须积累到足够大，才能克服内部原子对它的引力逸出表面，这就必须花较长时间，不可能立即逸出。这就是经典的电磁理论与光电效应的实验现象矛盾的地方。
6、光源每秒钟辐射的能量为：
E = Pt = 1×1=1（J）
根据经典的电磁理论：
这1J的能量将散布在半径为1m的球面上，该球面面积为S=4πR2。
设钠原子的半径r = 1.0×10-10m，则每个钠原子每秒内分配到的能量：
E‘=·πr2 = ·πr2 = = = 2.5×10-21 （J）
假定这些能量全部被一个电子吸收，则积累到能逸出表面所需的时间为：
t = = = 160 s
这个时间远远大于实验中观测到的数值，即使光源功率增大到100W，时间减为1.6 s ，也远远大于10-19 s ，所以经典电磁理论无法解释光电效应的瞬时性。
【反思】
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1.5 自然界中的守恒定律 学案
【学习目标】
1、 知识与技能
理解所学过的守恒定律的内容，从守恒定律中认识到其本质是不变的
2、 过程与方法
通过分析推理，认识科学世界的美丽，体会物理公式反映出的自然世界的秩序与规律
3、 情感、态度与价值观
通过自然界中的守恒定律，体会自然界的和谐统一性，发展对科学的好奇心和求知欲
【学习重点】
理解所学过的守恒定律的内容
【知识要点】
1、 守恒与不变
2、 守恒与对称
【问题探究】
问题1：动量守恒定律成立的条件？
解答：（1）系统不受外力作用
（2）系统所受合外力等于零
（3）若系统内各物体间相互作用的内力远大于它们所受到的外力时，可认为动量守恒。
（4）不论系统受力如何，只要系统在某一方向上的合外力为零，或者内力远大于外力，那么系统在该方向上的动量是守恒的。
问题2：动量守恒定律与机械能守恒定律有哪些不同？21世纪教育网
解答：（1）守恒条件有本质的不同。
（2）两者守恒的性质不同：动量守恒是矢量守恒，所以要特别注意方向性，有时某一方向上系统动量守恒，故有分量式；机械能守恒为标量守恒，即始、末两态机械能数值相等，与方向无关。
（3）应用范围不同。
【典型例题】
例1、质量为M的楔形物块上有圆弧轨道，静止在水平面上。质量为m
的小球以速度v1向物块运动。不计一切摩擦，圆弧小于90°且足够长。21世纪教育网
求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v。
解：系统水平方向动量守恒，全过程机械能也守恒。
在小球上升过程中，由水平方向系统动量守恒得：
由系统机械能守恒得： 解得
全过程系统水平动量守恒，机械能守恒，得
本题和上面分析的弹性碰撞基本相同，唯一的不同点仅在于重力势能代替了弹性势能。
例2、设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
解：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：
从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f，设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2，如图所示，显然有s1-s2=d
对子弹用动能定理： ……①
对木块用动能定理： ……②21世纪教育网
①、②相减得： ……③
这个式子的物理意义是：fd恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。
由上式不难求得平均阻力的大小：[来源:21世纪教育网]
至于木块前进的距离s2，可以由以上②、③相比得出：
从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动，位移与平均速度成正比：
一般情况下，所以s2<当子弹速度很大时，可能射穿木块，这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等，但穿透过程中系统动量仍然守恒，系统动能损失仍然是ΔEK= f d（这里的d为木块的厚度），但由于末状态子弹和木块速度不相等，所以不能再用④式计算ΔEK的大小。
做这类题目时一定要画好示意图，把各种数量关系和速度符号标在图上，以免列方程时带错数据。[来源:21世纪教育网]
【本章达标训练】
1、两球发生碰撞的过程中，若不仅___________守恒，且____________也守恒，这样的碰撞叫弹性碰撞，若后者不守恒，这样的碰撞叫____________碰撞。
2、一个运动的球与一个静止的球发生碰撞，碰撞之前球的___________与两球心的连线在同一直线上，碰撞之后两球的___________仍会沿这一直线，这样的碰撞称为正碰，也叫___________碰撞。若不满足上述条件，这样的碰撞叫___________碰撞。
3、在微观世界里，微观粒子的碰撞并不发生正碰，因此微观粒子的碰撞又叫___________。
4、光滑水平面上的两个物体发生碰撞，下列情形可能成立的是 ( )
A．碰撞后系统的总动能比碰撞前小，但系统的总动量守恒
B．碰撞前后系统的总动量均为零，但系统的总动能守恒
C．碰撞前后系统的总动能均为零，但系统的总动量不为零
D．碰撞前后系统的总动量、总动能均守恒
5、在光滑水平面上有A、B两小球。A球动量是10kg·m/s，B球的动量是12kg·m/s，在A球追上B球时发生正碰，碰撞后A球的动量变为8kg·m/s，方向和原来相同，则AB两球的质量之比可能为 ( )
A．0.5 B．0.6 C．0.65 D．0.75
6、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动，A球的动量是7kg·m/s，B球的
动量是5kg·m/s，A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是 ( )
A．pA=6kg·m/s，PB=6kg·m/s B．pA=3kg·m/s，PB=9kg·m/s
C．pA=－2kg·m/s，PB=14kg·m/s D．pA=－5kg·m/s，PB=15kg·m/s
7、在光滑水平面上相向运动的A、B两小球发生正碰后一起沿A原来的速度方向运动，这说明原来 ( )
A．A球的质量一定大于B球的质量
B．A球的速度一定大于B球的速度
C．A球的动量一定大于B球的动量
D．A球的动能一定大于B球的动能
8、在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球，它们的动能相等，已知甲球的质量大于乙球的质量，它们发生正碰后可能发生的情况是 ( )
A．甲球停下，乙球反向运动
B．甲球反向运动，乙球停下
C．甲球、乙球都停下
D．甲球、乙球都反向运动
9、在光滑水平面上，动能为E0、动量大小为p0的小球A与静止的小球B发生正碰，碰撞前后A球的运动方向与原来相反，将碰撞后A球的动能和动量大小分别记为E1、p1，B球的动能和动量大小分别记为E2、p2，则必有( )
A．E0＞E1 B．E0＜E2
C．p0＞p1 D．p0＜p2
10、质量为m的小球A，在光滑的水平面上以速度v与静止在光滑水平面上的质量为2m的小球B发生正碰，碰撞后，A球的动能变为原来的1/9，则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A．1/3v B．2/3v C．4/9v D．8/9v21世纪教育网
11、在光滑水平面上有一质量为0.2kg的球以5m/s的速度向前运动，与质量为3kg的静止木块发生碰撞，设碰撞后木块的速度v2＝4.2m/s，则 ( )[来源:21世纪教育网]
A．碰撞后球的速度v1＝－1.3m/s
B．v2＝4.2m/s这一假设不合理，因而这种情况不可能发生
C．v2＝4.2m/s这一假设是合理，碰撞后小球被弹回
D．v2＝4.2m/s这一假设是可能发生的，但由于题目条件不足，因而碰后球的速度不能确定
12、质量为2kg的小球A以3m/s的速度向东运动，某时刻与在同一直线上运动的小球B迎面相碰。B球的质量为5kg，撞前速度为2m/s。撞后A球以1m/s的速度向西返回，求碰撞后B球的速度大小和方向。
13、长度1m的轻绳下端挂着一质量为9.99kg的沙袋，一颗质量为10g的子弹以500m/s的速度水平射入沙袋，求在子弹射入沙袋后的瞬间，悬绳的拉力是多大？（设子弹与沙袋的接触时间很短，g取10m/s2）
[来源:21世纪教育网]
14、试用牛顿运动定律证明：两物体在一条直线上，在受系统外力的情况下，发生相互作用过程中总动量守恒，即：m1v1＋m2v2＝m1 v1′＋m2 v2′。
【达标训练参考答案】
1、动量，机械能，非弹性 2、速度方向，速度方向，对心，非对心 3、散射 4、AD 5、BC 6、A
7、C 8、AD 9、ACD 10、AB 11、B 12、0.4m/s，向西 13、12.5N 21世纪教育网
14、碰撞过程中，由牛顿运动定律有：F21＝m1a1，F12＝m2a2，且：F21＝－F12；由运动规律有：v1′=v1+a1t，v2′=v2+a2t，由上述几式可得m1v1＋m2v2＝m1 v1′＋m2 v2′。
【反思】
收获
疑问 21世纪教育网
s2 d
s1
v0
v
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§1.2 动量 动量守恒 学案
【学习目标】
1.知识和技能
1．理解动量的概念，知道冲量的定义。
2．理解冲量与动量的矢量性，知道动量的变化也是矢量会正确计算一维的动量变化21世纪教育网
3．理解动量守恒定律的确切含义和表达式
4．知道动量守恒定律的适用条件和适用范围，会用动量守恒定律解释现象。
2．过程与方法
能结合动量定理和牛顿第三定律推导出推导出动量守恒定律，培养学生的逻辑推理能力。
3．情感、态度与价值观21世纪教育网
了解自然科学[规律发展的深远意义及对社会发展的巨大推动作用，激发学生的积极向上的人生观、价值观。通过实践与探究培养学生根据实验分析问题、解决问题的能力，培养学生具体问题具体分析、理论联系实际的能力。
【学习重点】
掌握动量守恒定律的推导、表达式、适用范围和守恒条件
【知识要点】
一.动量和冲量
1.动量21世纪教育网
按定义，物体的质量和速度的乘积叫做动量：p=mv
⑴动量是描述物体运动状态的一个状态量，它与时刻相对应。
⑵动量是矢量，它的方向和速度的方向相同。
2.冲量
按定义，力和力的作用时间的乘积叫做冲量：I=Ft
⑴冲量是描述力的时间积累效应的物理量，是过程量，它与时间相对应。
⑵冲量是矢量，它的方向由力的方向决定（不能说和力的方向相同）。如果力的方向在作用时间内保持不变，那么冲量的方向就和力的方向相同。
⑶高中阶段只要求会用I=Ft计算恒力的冲量。对于变力的冲量，高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求。
⑷要注意的是：冲量和功不同。恒力在一段时间内可能不作功，但一定有冲量。
二、动量守恒定律
1.动量守恒定律[来源:21世纪教育网]
一个系统不受外力或者受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。
即：
2.动量守恒定律成立的条件
⑴系统不受外力或者所受外力之和为零；
⑵系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计；
⑶系统在某一个方向上所受的合外力为零，则该方向上动量守恒。
⑷全过程的某一阶段系统受的合外力为零，则该阶段系统动量守恒。
3.动量守恒定律的表达形式
除了，即p1+p2=p1/+p2/外，还有：
Δp1+Δp2=0，Δp1= -Δp2 和
4.动量守恒定律的重要意义
从现代物理学的理论高度来认识，动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。（另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。）从科学实践的角度来看，迄今为止，人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。相反，每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终。例如静止的原子核发生β衰变放出电子时，按动量守恒，反冲核应该沿电子的反方向运动。但云室照片显示，两者径迹不在一条直线上。为解释这一反常现象，1930年泡利提出了中微子假说。由于中微子既不带电又几乎无质量，在实验中极难测量，直到1956年人们才首次证明了中微子的存在。（2000年高考综合题23 ②就是根据这一历史事实设计的）。又如人们发现，两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守恒的。这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了。
【典型例题】
例1. 质量为m的小球由高为H的光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中，重力、弹力、合力的冲量各是多大？
解：力的作用时间都是，力的大小依次是mg、
mgcosα和mgsinα，所以它们的冲量依次是：
特别要注意，该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。
例2.（子弹射木块题型）矩形滑块由不同材料的上下两层固体组成，将其放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v水平射向滑块若射中上层子弹刚好不穿出，若射中下层子弹刚好能嵌入，那么( )
A．两次子弹对滑块做的功一样多 B．两次滑块所受冲量一样大
C．子弹嵌入上层时对滑块做功多 D．子弹嵌入上层时滑块所受冲量大
解：设固体质量为M，根据动量守恒定律有
由于两次射入的相互作用对象没有变化，子弹均是留在固体中，因此，固体的末速度是一样的，而子弹对滑块做的功等于滑块的动能变化，对滑块的冲量等于滑块的动量的变化，因此A、B选项是正确的。
规律总结：解决这样的问题，还是应该从动量的变化角度去思考，其实，不管是从哪个地方射入，相互作用的系统没有变化，因此，动量和机械能的变化也就没有变化。
例3.（碰撞中过程的分析）如图所示，位于光滑水平桌面上的小滑块A和B都可视作质点，质量相等。B与轻质弹簧相连。设B静止，A以某一初速度向B运动并与弹簧发生碰撞。在整个碰撞过程中，弹簧具有的最大弹性势能等于（ ）
A. A的初动能
B. A的初动能的1/2
C. A的初动能的1/321世纪教育网
D. A的初动能的1/4
解： 解决这样的问题，最好的方法就是能够将两个物体作用的过程细化。具体分析如右图，开始A物体向B运动，如右上图；接着，A与弹簧接触，稍有作用，弹簧即有形变，分别对A、B物体产生如右中图的作用力，对A的作用力的效果就是产生一个使A减速的加速度，对B的作用力的效果则是产生一个使B加速的加速度。如此，A在减速，B在加速，一起向右运动，但是在开始的时候，A的速度依然比B的大，所以相同时间内，A走的位移依然比B大，故两者之间的距离依然在减小，弹簧不断压缩，弹簧产生的作用力越来越大，对A的加速作用和对B的加速作用而逐渐变大，于是，A的速度不断减小，B的速度不断增大，直到某个瞬间两个物体的速度一样，如右下图。过了这个瞬间，由于弹簧的压缩状态没有发生任何变化，所以对两个物体的作用力以及力的效果也没有变，所以A要继续减速，B要继续加速，这就会使得B的速度变的比A大，于是A、B物体之间的距离开始变大。因此，两个物体之间的距离最小的时候，也就是弹簧压缩量最大的时候，也就是弹性势能最大的时候，也就是系统机械能损失最大的时候，就是两个物体速度相同的时候。21世纪教育网
根据动量守恒有，根据能量守恒有，以上两式联列求解的，可见弹簧具有的最大弹性势能等于滑块A原来动能的一半，B正确
规律总结：处理带有弹簧的碰撞问题，认真分析运动的变化过程是关键，面对弹簧问题，一定要注重细节的分析，采取“慢镜头”的手段。
例4.（动量守恒定律的适用情景）小型迫击炮在总质量为1000kg的船上发射，炮弹的质量为2kg．若炮弹飞离炮口时相对于地面的速度为600m/s，且速度跟水平面成45°角，求发射炮弹后小船后退的速度？
解：发射炮弹前，总质量为1000kg的船静止，则总动量Mv=0．
发射炮弹后，炮弹在水平方向的动量为mv1'cos45°，船后退的动量为(M-m)v2'．
据动量守恒定律有21世纪教育网
0=mv1'cos45°＋(M-m)v2'．
取炮弹的水平速度方向为正方向，代入已知数据解得
规律总结：取炮弹和小船组成的系统为研究对象，在发射炮弹的过程中，炮弹和炮身(炮和船视为固定在一起)的作用力为内力．系统受到的外力有炮弹和船的重力、水对船的浮力．在船静止的情况下，重力和浮力相等，但在发射炮弹时，浮力要大于重力．因此，在垂直方向上，系统所受到的合外力不为零，但在水平方向上系统不受外力(不计水的阻力)，故在该方向上动量守恒．
【当堂反馈】
1．（2002年全国春季高考试题）在高速公路上发生一起交通事故，一辆质量为15000 kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000 kg向北行驶的卡车，碰后两车接在一起，并向南滑行了一段距离后停止.根据测速仪的测定，长途客车碰前以20 m/s的速度行驶，由此可判断卡车碰前的行驶速率为
A．小于10 m/s
B．大于10 m/s小于20 m/s
C．大于20 m/s小于30 m/s
D．大于30 m/s小于40 m/s
2．如图所示，A、B两物体的质量比mA∶mB=3∶2，它们原来静止在平板车C上，A、B间有一根被压缩了的弹簧，A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同，地面光滑.当弹簧突然释放后，则有 [来源:21世纪教育网]
A．A、B系统动量守恒
B．A、B、C系统动量守恒
C．小车向左运动
D．小车向右运动
3．把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平面上，枪发射出一颗子弹时，关于枪、弹、车，下列说法正确的是
A．枪和弹组成的系统，动量守恒
B．枪和车组成的系统，动量守恒
C．三者组成的系统，因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，使系统的动量变化很小，可以忽略不计，故系统动量近似守恒
D．三者组成的系统，动量守恒，因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用，这两个外力的合力为零
4．甲乙两船自身质量为120 kg，都静止在静水中，当一个质量为30 kg的小孩以相对于地面6 m/s的水平速度从甲船跳上乙船时，不计阻力，甲、乙两船速度大小之比：v甲∶v乙=_______.
5．质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾.现在小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中.求小孩b跃出后小船的速度.
21世纪教育网
6．如图所示，甲车的质量是2 kg，静止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一个质量为1 kg的小物体.乙车质量为4 kg，以5 m/s的速度向左运动，与甲车碰撞以后甲车获得8 m/s的速度，物体滑到乙车上.若乙车足够长，上表面与物体的动摩擦因数为0.2，则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止 （g取10 m/s2）
【参考答案】
1．A 2．BC 3．D 4．5∶4?
5．因均是以对地（即题中相对于静止水面）的水平速度，所以先后跃入水中与同时跃入水中结果相同.?
设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为v，取v0为正向，根据动量守恒定律，有?
（M+2m）v0=Mv+mv-mv?
解得：v=（1+）v0?
6．乙与甲碰撞动量守恒：?
m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′?
小物体m在乙上滑动至有共同速度v，对小物体与乙车运用动量守恒定律得?
m乙v乙′=（m+m乙）v?
对小物体应用牛顿第二定律得a=μg?
所以t=v/μg?
代入数据得t=0.4 s?
【反思】
收获
疑问 21世纪教育网
m
H
A
B
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2.1 光电效应 学案
【学习目标】
（1）了解光电效应的规律及光电管的工作原理。
（2）知道并理解极限频率、遏制电压的概念。
（3）理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。21世纪教育网
【学习重点】
光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验
【知识要点】
1、光电效应
实验演示1：用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电.
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。21世纪教育网
[来源:21世纪教育网]
2、光电效应的实验规律
（1）光电效应实验
如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。
概念：遏止电压，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。
根据动能定理，有：
（2）光电效应实验规律
① 光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。
② 截止频率νc ----极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc ，当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
③ 光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。
3、光电效应解释中的疑难
经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
【问题探究】
问题1.怎样理解金属存在极限频率的原因？
解答：光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子。对一定的金属来说，逸出功是一定的。照射光的频率越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大。如果如射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因。
问题2.怎样理解光电效应的瞬时性？
解答：由爱因斯坦的光电效应方程可知
hν=mv2-W，只要电子获得的动能大于逸出功，就可产生光电效应，并且每个电子只吸收一个光子。电子吸收光子的能量是瞬间的，故产生光电效应也是瞬时的，不需要时间的积累。
【典型例题】
例1、如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz,则下列判断中正确的是( )
(A)发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
(B)发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
(C)用λ=0.5μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生
(D)光照射的时间越长,电路中的光电流越大
答案:BC
例2、如图所示,一验电器与锌板相连,现用一弧光灯照射锌板,关灯后,指针保持一定偏角,下列判断中正确的是( ).
(A)用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将增大
(B)用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将减小
(C)使验电器指针回到零后,改用强度更大的弧光灯照射锌板,验电器指针偏角将比原来大
(D)使验电器指针回到零后,改用强度更大的红外线灯照射锌板,验电器指针一定偏转
答案:BC
例3、已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少
解析：Ek1=hc/λ-W，Ek2=hc/2λ-W，hc/λ0=W ，解以上三式得：λ0=4λ
注意：爱因斯坦光电效应方程(Ekm= hυ-W)是教学大纲的新要求且为Ⅱ级，一定要重视．
【规律总结】
分析光电效应问题的关键：
（1）深刻理解极限频率和逸出功的概念，从能量转化角度理解最大初动能。
（2）必须掌握光电效应的规律：①产生条件：每种金属都有一个极限频率，入射光的频率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强度无关，只随入射光的频率增大而增大；③光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s。
【当堂反馈】
1．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，就能逸出金属
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，光电效应便不能发生了
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
2．下列哪些说法是正确的是[ ]
A．光子说完全否定了波动说
B．光的波粒二象性是指光与宏观概念中的波与粒子很相似
C．光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象
D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识
3．用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是( )
（A）入射光强度太小 （B）照射的时间太短
（C）光的波长太短 （D）光的频率太低
4．光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则( )
（A）若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变
（B）若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少
（C）若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出
（D）若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增大
5．用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（ ）
（A）有电了从锌板飞出 （B）有光子从锌板飞出
（C）验电器内的金属箔带正电 （D）验电器内的金属箔带负电
6．如图所示，用一束光照射光电管时，电流表A中有一定读数，下列措施中有可能使电流表的示数增大的是（ ）
（A）增大入射光的频率
（B）增大入射光的强度
（C）滑片P向右移动
（D）滑片P向左移动
7．如图所示，a、b是两束频率不同的单色光，当它们从真空中以相同的入射角射入玻璃中，发生了如图所示的折射，则下面说法中正确的是（ ）
（A）玻璃对光束a的折射率大
（B）若光从玻璃射向空气，光束a的临界角比光束b的临界角大
（C）光束a中的光子的能量较小
（D）在玻璃中光束a的波长较长
8．已知铯的极限频率4.545×1014Hz．钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015Hz，铂的极限频率为1.529×1015Hz．当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的物质是________
9．用频率为6.00×1014Hz的光照射钠片，恰可使钠发生光电效应，现改用频率为8.00×1014Hz的紫外线照射，飞出的光电子的最大初动能应该为多少？
21世纪教育网
【参考答案】
1．BC 2．CD 3.D 4.BD 5.AC 6 .BD 7 .BC
8．铯和钠 9．1.33×10-19J
【达标训练】
1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，这时：
A、锌板带正电，指针带负电； B、锌板带正电，指针带正电；
C、锌板带负电，指针带正电； D、锌板带负电，指针带负电。
2、一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下正确的是：
A、若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变；21世纪教育网
B、若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加；
C、若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加；
D、若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加。
3、光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是
A、入射光的频率必须大于、等于被照射金属的极限频率才能产生光电效应；21世纪教育网
B、发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比；21世纪教育网21世纪教育网
C、光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大；
D、 光电效应发生的时间极短，一般不超过10-9s 。
4、对于光电效应的解释，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，就能逸出金属；
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，光电效应便不能发生了；
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；21世纪教育网
D、由于不同的金属的逸出功是不同的，因此，使不同的金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同。
5、某介质中光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是：（C为真空中传播的速度）
A、λE/h ； B、λE/ch ； C、ch/λE ； D、h/λE 。21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1、B 2、C 3、B 4、BD 5、C
【反思】
收获
疑问
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3.4 原子的能级结构 学案
【学习目标】
（1）了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态和激发态等概念。
（2）了解原子能量量子化的提出，理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系。
（3）知道氢原子的能级公式，以及能利用此分析一些有关原子能级的问题。21世纪教育网
（4）能用原子的能级结构解释氢原子光谱的不连续性。21世纪教育网
【学习重点】
氢原子的能级结构及量子化的理解。
【知识要点】
1．玻尔的原子理论
（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。（本假设是针对原子稳定性提出的）
（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为En）跃迁到另一种定态（设能量为Em）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 （h为普朗克恒量）
（本假设针对线状谱提出）
（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形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的分布也是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）
2.玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：21世纪教育网
轨道半径： n=1，2，3……
能 量： n=1，2，3……
式中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。
3．氢原子的能级图
从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。
（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径rn： rn=n2r1，
r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径
r1=0.53×10-10 m
例：n=2， r2=2.12×10-10 m
（2）氢原子的能级：①原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能） En=E1/n2 n=1，2，3，······
E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量
E1=-13.6eV
注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。
例：n=2，E2=-3.4eV， n=3，E3=-1.51eV， n=4，E4=-0.85eV，……
氢原子的能级图如图所示。
4．玻尔理论对氢光谱的解释
（1）基态和激发态
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道——可能情况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各种情况出现了。但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况。
【典型例题】
例1 、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( )
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加
[解析] 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大， 由能量公式En=（E1=-13．6 eV）可知，电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要吸收一定的能量的光子．故选项B可排除．氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即 =，电子运动的动能Ek=mv2=．由此可知：电子离核越远，r越大时，则电子的动能就越小，故选项A、C均可排除．
由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项D正确．
[点评] 考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力．21世纪教育网
例2、一群氢原子处于n=6的激发态上当它们自发地向较低的能级跃迁的过程中,最多可放出多条频率不同的光谱线,在这些谱线有多少条在可见光区域。[来源:21世纪教育网]
思路·分析·解答：21世纪教育网
由于氢原子可以从某一激发态自发地跃迁到任意一个较低的能级,因此对一群氢原子来说,可能的跃迁有N=种,其中向n=2跃迁时发出的光为可见光。
由公式得条频率不同的谱线,其中从n=6、5、4、3向n=2跃迁发出的4条谱线在可见光区域。
例3、已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.53×10-10m,基态的能级值为E1=-13.6eV。
A、 求电子在n=2的轨道上运转形成的等效电流
B、 有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一能级图在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线
C、 计算这几条光谱线中最长的波长
思路·分析·解答：
A、电子的绕核运转具有周期性,设运转周期为T,由牛顿第二定律和库仑定律有：
（1）
且r2=n2r1=4r1 （2）
对轨道上任意一处,每一周期通过该处的电量为e,由电流强度定义式得所求等效电流强度： （3）
联立（1）、（2）、（3）式得：
B、由于这群氢原子的自发跃迁辐射,会得到三条光谱线,如能级图所示。
C、三条光谱线中波长最长的光子能量最小,发生跃迁的两个能级的能量差最小,根据氢原子能级的分布规律可知, 氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2的能级,设波长为λ,由：得：
【当堂反馈】
（1）对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ）
A.继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B.对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同
C.用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系
D.玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的
（2）下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ ）
A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量
C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子[来源:21世纪教育网]
D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的
（3）根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ）
A.电子轨道半径越大 B.核外电子的速率越大
C.氢原子能级的能量越大 D.核外电子的电势能越大
（4）根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ）
A.可以取任意值 B.可以在某一范围内取任意值
C.可以取一系列不连续的任意值 D.是一系列不连续的特定值
（5）按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A.原子要发出一系列频率的光子 B.原子要吸收一系列频率的光子
C.原子要发出某一频率的光子 D.原子要吸收某一频率的光子21世纪教育网
【参考答案】
1.A C D 2.C 3.A C D 4.D 5.C
【达标训练】
1、根据玻尔的理论，电子在不同轨道上运动时能量是____________的，轨道的量子化势必对应着____________的量子化。这些具有确定能量的稳定状态称为________________，能量最低的状态叫___________，也就是说，原子只能处于一系列___________的能量状态中。
2、玻尔对氢原子光谱的解释是：原子从较高的能级向较低的能级跃迁时__________光子的能量等于前后___________________________，由于原子的能级是____________的，所以放出的光子能量也是_____________的，因此原子的发射光谱只有一些____________的亮线。
3、玻尔理论成功地解释了氢原子发光，他的成功之处在于引入了_______________观念，而对复杂的原子发光，玻尔理论却无法解释，它的不足之处在于过多地保留了_______________。
4、氢原子第二能级的能量为 ( )
A．-13.6eV B．-10.2eV C．-7.8eV D．-3.4eV
5、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 ( )21世纪教育网
A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射 D．用13eV的电子碰撞
6、处于第四能级的氢原子跃迁基态的过程中，可能发出的不同光的种数有 ( )
A．一种 B．三种 C．四种 D．六种
7、处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发出频率分别为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1＜ν2＜ν3，则该照射光的光子能量为 ( )
A．hν1 B．hν2 C．hν3 D．h(ν1＋ν2＋ν3)
8、氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动时的动能， 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 ( )
A．电子的动能增加，氢原子系统的电势能增加B．电子的动能增加，氢原子系统的电势能减少21世纪教育网
C．电子的动能减少，氢原子系统的电势能增加D．电子的动能减少，氢原子系统的电势能减少
9、原子的能量量子化是指 ( )
A．原子的能量是不可以改变的 B．原子的能量与电子的轨道无关
C．原子的能量状态是不连续的 D．原子具有分立的能级
10、光的发射和吸收过程是 ( )
A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差
B．原子不可能从低能级跃迁到高能级
C．原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从高能级向低能级跃迁
D．只要原子吸收了光子就一定能从低能级跃迁到高能级
11、氢原子从能量为E1的较高能级跃迁到能量为E2的较低能级，真空中光速为c，则 ( )
A．吸收的光子的波长为 B．吸收的光子的波长为
C．辐射的光子的波长为 D．辐射的光子的波长为
12、如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是 ( )
A．原子A可能辐射出3种频率的光子 B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A通够吸收原子B辐射出的光子并跃迁到能级E4 D．原子B能够吸收原子A辐射出的光子并跃迁到能级E4
13、氢原子中核外电子从第二能级跃迁到基态时，辐射出的光照射在某金属表面上能产生光电效应。那么处于第三能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的各种频率的光可能使此金属发生光电效应的至少有 ( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
14、已知氢原子的电子轨道半径r1＝5.3×10-9m，基态能量E1＝－13.6eV，量子数n的能级值En＝E1，静电力常量为9×109N·m2/C2，电子电量为1.6×10-19C，普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中光速为3×108m/s，
（1）求电子在基态轨道上运动时的动能；
（2）有一群氢原子处于量子数为的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子最多能发出哪几种光谱线；
（3）计算（2）中各光谱线中的最短波长。
【达标训练参考答案】
1、不连续，能量，定态，基态，不连续 2、辐射，两个能级的能量差，不连续，不连续，分立3、量子，经典粒子的概念 4、D 5、ACD 6、D 7、C 8、B 9、CD 10、C 11、D 12、B 13、B 14、（1）13.6eV（2）3种（3－2，3－1，2－1）（3）100nm
【反思】
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疑问
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4.2 核衰变与核反应方程 学案
【学习目标】
(1)知道天然放射现象的原因是核的衰变．21世纪教育网
(2)知道三种射线的本质，以及如何运用磁场和电场来区分它们．
(3)知道衰变和衰变．
(4)会书写核反应方程．[来源:21世纪教育网]
(5)知道半衰期的概念，会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．
【学习重点】
核反应方程
【知识要点】
1、原子核的衰变
（1）原子核的衰变[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。一种物质变成另一种物质。
（2）α衰变
铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→23490Th+42He
（3）衰变方程式遵守的规律
第一、质量数守恒
第二、核电荷数守恒
α衰变规律：AZX→A-4Z-2Y+42He21世纪教育网
（4）β衰变[来源:21世纪教育网]
钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。
钍234核的衰变方程式： 23490Th→23491Pa+0-1e
衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1
β衰变规律：AZX→AZ+1Y+0-1e
（5）γ射线
是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。理解γ射线的本质，不能单独发生。
2、半衰期
半衰期表示放射性元素的衰变的快慢；放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期；半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。[来源:21世纪教育网]
说明：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变。
【问题探究】
问题1：原子核既然是由质子和中子组成，那为什么还会从原子核里发射出a粒子和β粒子？
解答：实际上，发射出来的a粒子和β粒子仍是原子核的质子和中子结合或转化而成的。a粒子是原子核的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，β粒子是原子核乃的中子转化成质总时产生发射出来的。所以不能因为从原子核中发射出a粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的．
问题2．在写核反应方程时，能否用“=”连结核反应方程 为什么
解答：核反应通常是不可逆的，如：用a粒子轰击氮核，+→+可能得到氧核，但是用质子轰击氧核时，却不能得到氮核．所以核反应方程只能用“→”连接，不能用“=”连接，用“→”连接，指示反应方向．
问题3：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，为什么会增加？哪来的电子？
解答：原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n→11H＋0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。
【典型例题】
例1：配平下列衰变方程
23492U→23090Th+( 42He )
23490U→23491Pa+( 0-1e )
例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）
分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：
α衰变次数==6[21世纪教育网
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
β衰变次数==4
【当堂反馈】
1、原子核放出________粒子或_______粒子，变成一种新的原子核，这种变化叫原子核的__________。这种变化自发进行时主要有两种，一种叫____________，另一种叫___________。
2、放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫这种元素的____________，它是___________________________决定的，与原子核所处的物理或化学状态无关。
3、放射性元素的衰变时遵守两个守恒：分别为____________守恒，____________守恒。21世纪教育网
4、下列关于三种射线的说法正确的是 ( )
A．β 粒子就是电子 B．α粒子就是氦原子核
C．γ 就是光子 D．以上说法都不正确
5、下列关于三种射线的本领和主要作用，说法正确的是( )
A．α射线的穿透本领很强，电离作用很弱 B．β 射线是高速电子流，电离作用较强，穿透本领也较强
C．γ射线是波长很短的电磁波，穿透本领很强 D．以上说法都不正确
6、对天然放射现象，下列说法中正确的是 ( )
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β 粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ是光子，所以γ射线是可能是原子发光产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
7、一放射源放射出某种或多种射线，当用一张簿纸放在放射源前面时，射线的强度减为原来的三分之一，而当用1cm厚的铝板放在放射源前面时，射线的强度几乎减为零，由此可知该放射源所放射出的 ( )
A．只有α射线 B．只有β射线
C．是α射线和β射线 D．是α射线和γ射线
8、某放射性元素的原子核X连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另一种元素的原子核Y，则该新核的符号是 ( )[来源:21世纪教育网]
A．Y B．Y C．Y D．Y
9、原子核X经过一次β衰变后变成原子核Y，原子核Y再经过一次α衰变后变成原子核Z，则下列关于这三种原子核的说法正确的是 ( )
A．X的中子数比Z的中子数多3个 B．X的质子数比Z的质子数多2个
C．Z的核子数比Y的核子数少3个 D．X的中性原子的核外电子数比Y的中性原子的核外电子数少5个
10、下列关于半衰期的理解正确的是 ( )
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快
B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放到密闭的容器中，可以减慢它的衰变速度
D．降低温度或增大压强，可以让放射性元素的半衰期变长
11、某两种放射性元素A和E分别发生了如下的系列衰变：ABCD，EFGH，已知B和E是同位素，则 ( )
A．C和F是同位素，D和G是同位素 B．A和G是同位素 B和H是同位素
C．C和G是同位素 D和H是同位素 D．A和F是同位素 B和G是同位素
12、如图所示，在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，得到两圆轨迹，不计放出光子的能量，则下列说法正确的是 ( )
A．发生的是α衰变
B．发生的是β衰变
C．a是β粒子的运动轨迹
D．衰变后的新核是逆时针运动的
13、测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1，假设开始时矿石中只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206，已知铀238的半衰期为4.5×109年，求矿石的年龄。
14、静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，
（1）写出衰变方程；
（2）若测得放出的α粒子的动能为E1，求新核的动能；
（3）镭核衰变时放出的能量。（不考虑γ衰变）
【参考答案】
1、α，β，衰变，α衰变，β衰变 2、半衰期，放射性元素原子核内部本身性质 3、电荷数，质量数
4、ABC 5、BC 6、AD 7、C 8、D 9、A 10、A 11、B 12、BCD 13、4.5×109年
14、（1）Ra→Rn＋He （2）E1 （3）E1
【反思】
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疑问
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3.3 氢原子光谱 学案
【学习目标】
（1）了解氢原子光谱的不连续性及各个线系。
（2）知道每种原子都有特定的原子光谱，了解光谱分析在科学技术中的应用。
【学习重点】
氢原子光谱的实验规律。原子光谱的事实不能用核式结构理论解释，必须建立新的原子模型。
【知识要点】
1． 发射光谱：物质发光直接产生的光谱
从实际观察到的物质发光的发射光谱可分为连续谱和线状谱．
(1)连续谱：连续分布的包含从红光到紫光的各种色光的光谱．
产生：是由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的．
(2)线状谱：只含有一些不连续的亮线的光谱．线状谱中的亮线叫谱线．
产生：由稀薄气体或金属蒸气(即处于游离态下的原子)发光而产生的，观察稀薄气体放电用光谱管，观察金属蒸气发光可把含有该金属原子的物质放到煤气灯上燃烧，即可使它们汽化后发光．
2． 不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素的原子产生的线状谱却相同，说明每种原子只能发射其本身特征的某些波长的光，因此线状谱中的光谱线也叫元素的特征谱线．
3．吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质后，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱[来源:21世纪教育网]
产生：由炽热物体(或高压气体)发出的白光通过温度较低的气体后产生．[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网]
例如：让弧光灯发出的白光通过低温的钠气，可以看到钠的吸收光谱．
若将某种元素的吸收光谱和线状谱比较可以发现：各种原子吸收光谱的暗线和线状谱的亮线相对应．即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的．故吸收光谱和线状谱中的暗线比线状谱中的亮线要少一些．21世纪教育网
4 .氢原子光谱的特点
巴耳末对可见光区的4条谱线做了分析，发现这些谱线的波长可用公式
n=3,4,5,6…
来表示其计算结果与实际基本符合，说明此公式能反映氢光谱的规律。
其中为里得伯常量
广义巴尔末公式：
式中和均为整数且＞
5．光谱分析
各种元素的原子都有自己的特征谱线．如果在某种物质的线状谱或吸收谱中出现了若干种元素的特征谱线，表明该物质中含有这种元素的成分，这种对物质进行化学组成的分析和鉴别方法称为光谱分析．
其优点：灵敏、快捷、检查的最低量是10-10克．
6．光谱分析的应用
(1)光谱分析在科学技术中有着广泛的应用．例如，在检测半导体材料硅和锗纯度.
(2)历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素．例如，铷和铯．
(3)利用光谱分析可以研究天体的物质成分19世纪初在研究太阳光谱时，人们发现
它的连续光谱中有许多暗线．通过仔细分析这些暗线，并把它们跟各种原子的特征谱线对照，人们知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素．
(4)光谱分析还能鉴定食品的优劣．
【当堂反馈】
1、有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫_____________，这样的光谱叫_______________。有的光谱看起来是连续在一起的光带，这样的光谱叫________________。
2、卢瑟福的核式结构模型正确地指出了________________________的存在，很好的解释了____________________，但是经典的物理学既无法解释原子的____________________，又无法解释原子光谱的________________特征。
3、光谱的类型主要有________________和________________。
4．不同原子发出的光谱都不同，这样的光谱也叫________________。
5、利用光谱分析可以________________。21世纪教育网
6、在酒精灯的酒精中溶解些食盐，灯焰会发出明亮的黄光，用摄谱仪拍摄下来的光谱中就会有钠的____________（填“明线”或“暗线”）光谱。用摄谱仪拍摄太阳光，可以分析太阳大气的成份，就是利用太阳光的____________（填“明线”或“暗线”）光谱。
7、利用白炽灯、蜡烛、霓虹灯、在酒精灯火焰中燃烧钠盐所产生的光谱中，能产生连续光谱的有____________________________，能产生明线光谱的有____________________________。
8、下列氢原子的线系中波长最短波进行比较，其值最小的是 ( )
A．巴耳末系 B．莱曼系 C．帕邢系 D．布喇开系
9、关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是 ( )21世纪教育网
A．日光灯产生的光谱是连续光谱 B．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素[来源:21世纪教育网]
C．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份 D．连续光谱是不能用来作光谱分析的
10、下列关于光谱的说法正确的是 ( )
A．炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱
B．各种原子的线状谱中的明线和它的吸引谱中的暗线必定一一对应[来源:21世纪教育网]
C．气体发出的光只能产生线状光谱
D．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
11、计算氢原子光谱中莱曼系的最长波和最短波的波长。
12、写出氢原子光谱中各个线系的表示公式。
[来源:21世纪教育网]
13、试根据原子核式结构，解释氢原子光谱。
【参考答案】
1、谱线，线状谱，连续谱 2、原子核，α粒子散射实验，稳定性，分立 3、发射光谱，吸收光谱 4、特征谱线 5、鉴别物质及其组成 6、明线，暗线 7、白炽灯、蜡烛，霓虹灯、燃烧钠盐 8、B 9、D 10、A 11、1.21×10-7m，9.1×10-8m 12、略 13、卢瑟福的原子核式结构模型仍然保留着经典粒子的运动规律，从而无法解释原子的稳定性，所以它不能够 用来解释氢原子光谱
【反思】
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4.5 裂变和聚变 学案
【学习目标】
(1)知道重核的裂变反应．
(2)知道链式反应的发生条件．知道原子弹的原理．
(3)知道轻核的聚变反应．知道氢弹的原理．
(4)了解受控热核反应的发展前景．
【学习重点】
核裂变与核聚变的条件
【知识要点】
一、重核裂变
1．定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核的裂变．[来源:21世纪教育网]
2．裂变产物：
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙(Xe)和锶(Sr)，有时裂变为钡(Ba)和氪(Kr)，有时裂变为锑(Sb)和铌(Nb)．产物不同，释放的能量和中子数也不尽相同．
例举：
3．链式反应：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子．这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应．如图所示．
4．链式反应的条件
(1)中子的再生率大于1要引起链式反应，必须使每一次核裂变所释放的中子中至少有一个引起新的核裂变，也就是说，中子的“再生率”大于1．
(2)铀块的体积大于临界体积
如果铀块太小，铀核裂变放出的中子会逸出铀块，从而中断或不引起链式反应，能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，如果铀235的体积超过临界体积，只要中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应．
二、聚变
1．定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变．H＋H→He＋n
2．聚变发生的条件：轻核聚变需要几百万摄氏度的高温．
3．轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量．由于温度较高，所以聚变也称为热核反应．
4．聚变与裂变的比较
(1)能用于热核反应的原料极其丰富，如氘是聚变的一种材料，在覆盖地球表面的海水中是取之不尽的；而裂变的原料比较稀缺．
(2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大，如3个氘核聚变中平均每个核子释放的能量约为铀235裂变反应的4倍．
(3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比．
三、受控热核反应
实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束；而裂变反应较易控制．
【问题探究】[来源:21世纪教育网]
如何确定核反应时吸收能量还是放出能量
不同的核反应都可以放出能量，例如单个的核子结合成原子核时放出能量；重核分裂成成中等质量的核时放出能量；有些轻核结合成中等质量的核时也放出能量．这是为什么呢
原因是它们在发生核反应时都有质量亏损．
精确的研究表明，原子核的质量虽然随着原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．
中等质量的原子核的核子的平均质量较小，重核和轻核的核子平均质量较大．
从图中可以看出，铁原子核中核子的平均质量最小．如果原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，或者原子序数很小的轻核D、E结合成一个原子序数大些的F核，都会有质量亏损，都会放出巨大的核能．核物理中把重核分裂成质量较小的核而释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核而释放出核能的反应，称为聚变．
【典型例题】
例题1、科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电
解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应。因此B正确。
例题2、下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A、 B、
C、 D、
分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。
是衰变， 是衰变，是人工转变，只的C选项是重核裂变。
解：表示核裂变的是C [21世纪教育网
例3、一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的质量：mD=2.014 102 u、氚核的质量：mT=3.016 050 u、氦核的质量：mα=4.002 603 u、中子的质量：mn=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量。
根据质能方程，释放出的能量为：
平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。
常见的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4MeV、 21H+31H→42He+10n+17.6 MeV。在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物，所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者。
总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上聚变燃料的储量丰富。
如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。
【达标训练】[来源:21世纪教育网]
1、重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核的过程叫_______________，反应释放出的中子又轰击另一个重核……这样的反应一次接一次地进行下去，这样的过程叫________________，通常把此过程中的最小体积叫做它的___________体积，相应的质量叫___________质量。
2、原子核的链式反应也可以在人工控制下进行，从而实现了____________的可控释放。实验可控的条件是控制引起链式反应的____________的数目，方法是在核反应堆的___________之间插入一些镉棒，镉具有吸收___________的能力，当将镉棒插得深一些时，就能更多的_________________，从而使链式反应的速度慢下来，这种镉棒也叫_____________。
3、把两个质量较________的原子核结合成质量较________的原子核的过程叫_______________，由于这种反应需要在几百万度的高温下进行，所以也叫_________________。
4、轻核聚变与重核裂变相比有更多的优点，第一，轻核聚变产能效率较________；第二，地球上核聚变燃料的储量______________；第三，核聚变更____________、更清洁。科学家设想的受控热核反应有两种方案：即______________和_______________。
5、写出下列核反应的类型：
N＋He→O＋H ________________，U →Th＋He _________________，
H＋H →He＋n ________________，Hg＋n→Pt＋2H＋n ________________，
Th → Pa+e ________________，Po →Pb＋He ________________。
6、下列核反应方程中，符号“X”表示中子的是 ( )
A． Be +He→C+X B．N+He→O+X
C．Hg+n→Pt +2H+X D．U→Np+X
7、下列核反应方程中正确的是 ( )21世纪教育网
A．U →Th+H B． Be +He →C +n21世纪教育网
C． Th → Pa+e D．P →Si+e
8、原子反应堆是实验可控核裂变链式反应的一种装置，它的组成主要有 ( )21世纪教育网
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
9、下列核反应中属于轻核聚变的是 ( )
A． H＋H →He＋n B．Th → Pa+e
C． Be +He →C+n D．U →Th+H
10、关于轻核聚变，下列说法正确的是 ( )
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量
B．同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多
C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
11、关于我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，下列说法正确的是 ( )
A．它们都是利用核聚变释放核能
B．它们都是利用核裂变释放核能
C．两者的核燃料都是纯铀235[来源:21世纪教育网]
D．前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能
12、一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，
（1）写出核反应方程；
（2）求该反应中释放的核能。
13、四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，
（1）写出核反应方程；
（2）计算1g氢核完成该反应后释放的核能。[来源:21世纪教育网]
（3）求平均每个核子放出的能量。
14、在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。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。
（1）核反应方程U＋n →Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种核？
（2）上述反应中，分别用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的质量，用mn和mp表示中子和质子的质量，则该反应过程中释放的核能为多少？
（3）有一座核能发电站，发电能力P＝1×106kW，核能转化为电能的效率η＝40%，设反应堆中发生的裂变反应全是（1）中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能E1＝2.78×10-11J，铀核的质量mU＝3.9×10-25kg，求每年（365天）需要消耗的铀的质量。
21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1、重核裂变，链式反应，临界，临界 2、核能，中子，铀棒，中子，中子被吸收，控制棒 3、小，大，轻核聚变，热核反应 4、高，丰富，安全，磁约束，惯性约束 5、人工转变，α衰变，轻核聚变，重核裂变，β衰变，α衰变 6、AC 7、BD 8、A 9、A 10、BD 11、B 12、（1）H＋2n→H （2）6.24 MeV （3）2.08 MeV 13、（1）4H→He＋2e （2）4.2×1029 eV 14、（1）3，中子（2）（mU－mB－mK－2mn）c2 （3）1.1t
【反思】
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2.4 光的波粒二象性 学案
【学习目标】
（1）知道光既具有波动性又有粒子性。
（2）了解光是一种概率波。
【学习重点】
量子化、二象性、概率波等概念
【知识要点】
1、光的波粒二象性
（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。21世纪教育网
（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。
2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。
＝
3、概率波
分析图片：
结论：
（1）左侧图片清晰的显示了光的粒子性．
（2）光子落在某些条形区域内的可能性较大（对于波的干涉即为干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释．
得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性．21世纪教育网
生活中，涉及概率统计的事件很多，例如：在研究分子热运动时，研究单个分子的运动是毫无意义的，需要研究的是大量分子整体表现出来的规律，这叫做统计规律．
【问题探究】
问题1.谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？
（法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。）
问题2.怎样理解光的波粒二象性？
解答：大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示出粒子性，频率越低（波长越长），光的波动性就越明显；频率越高（波长越短），粒子性就越显著。
利用爱因斯坦对光电效应的解释可理解光的粒子性，通过把暴光量很大的胶片同某种波的双缝干涉图样比较，可理解光是一种概率波，光子说并未否定光的波动性，光的波粒二象性是光的客观属性，但它不同于牛顿定律中所说的微观和宏观现象的波。21世纪教育网
【典型例题】
例1、光的_________和___________现象说明光具有波动性，__________现象说明光具有粒子性．我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有__________性．
答案：干涉，衍射，光电效应，波粒二象
例2、根据光与水波的类比，试解释在浅海滩边，不论海中波浪向什么方向传播，当到达岸边时为什么总是沿着大约垂直于岸的方向传来？提示：波在浅水中传播时，水越浅，波速越小．
分析：因为光从光疏介质向光密介质传播时，光的传播速度减小，折射角小于入射角，折射线向法线靠拢．如果光在折射率逐渐递增的连续介质中传播，可以设想把连续介质分成许多薄层，光从折射率较小的薄层逐渐进入折射率较大的薄层时，折射线会越来越向法线靠拢，最终趋向于接近法线的方向．
从深处向海滩边传播的水波，波速也逐渐减小，根据与光的类比，仿佛进入折射率逐渐增大的介质，所以它的传播方向跟垂直海岸的方向线之间的夹角也逐渐减小，最终必将沿着大约垂直海岸的方向传来，并且，这个结果与海浪向什么方向传播无关．[来源:21世纪教育网]
水波与光波的类比可用图表示．
讨论：惠更斯通过光波与水波等类比提出光的波动说时，由于当时还无法深刻认识到光的本性，从类比得一个错误的结论，认为光跟声波一样是纵波．这样，也就无法用波动说解释横波所特有的偏振等光现象．因此，在当年关于光的本性的论战中显得被动，再加上牛顿在科学界的崇高威望，很长一段时期中微粒说处于主导地位．
例3、光既具有波动性，又具有粒子性。大量光子表现出的_________强，少量光子表现出的________强；频率高的光子表现出的_________强，频率低的光子表现出的_________强．
答案：波动性，粒子性，粒子性，波动性
【规律总结】
光既表现出波动性，又表现出粒子性，由于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而我们的经验仅局限于宏观物体的运动．在生活中找不到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律．
随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象的规律．
【当堂反馈】
1、在经典物理学的概念中，粒子的运动在任意时刻有确定的_______________、_______________和_______________，波在空间中传播有固定的_______________和_______________，表示波具有空间上的周期性。
2、在弱光的干涉实验中，控制光的强度，使前一个光子到达屏幕后才发出第二个光子，从而排除光子之间相互作用的可能性。在这种情况下，如果时间较短，则在光屏上出现的是__________________________，若经过比较长的时间，则在屏上可以看到__________________。这说明光子到达亮条纹处的_____________较大，到达暗条纹处的_____________较小，所以我们可以说光是一种_____________波。21世纪教育网
3、用电子做双缝干涉实验时，少量电子在屏上看不到分布规律，体现了电子的_____________性，但大量电子通过双缝时，在屏上就得到了清晰的干涉条纹，体现了电子的_____________性。
4、电子、质子等实物粒子和光子一样，具有波动性，这种波动性就是粒子本身在空间某处出现的_____________大小问题；但光子又不同于其他实物粒子，光子在真空中的__________________是其他粒子永远达不到的。21世纪教育网
5、在双缝干涉实验中，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的某处，则该处可能 ( )21世纪教育网
A．出现亮条纹 B．出现暗条纹
C．可能出现亮条纹，可能出现暗条纹 D．出现明暗相间的条纹
6、下列各种波是概率波的是 ( )
A．声波 B．无线电波 C．光波 D．物质波
7、在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是 ( )21世纪教育网
A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大 B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大
C．该光子可能到达观察屏的任意位置 D．以上说法均不可能
8、有关经典物理中的粒子，下列说法正确的是( )
A．有一定的大小，但没有一定的质量
B．有一定的质量，但没有一定的大小
C．既一定的大小，也有一定的质量
D．有的粒子还有一定量的电荷
9、关于经典波的特征，下列说法正确的是( )
A．具有一定的频率，但没有固定的波长
B．具有一定的波长，但没有固定的频率
C．既有一定的频率，也有固定的波长21世纪教育网
D．还具有周期性
10、在单缝衍射实验中，中央亮条纹的光强占入射光光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，则该光子( )
A．一定落在中央亮条纹上 B．一定落在亮条纹处 21世纪教育网
C．可能落在暗条纹处 D．落在中央亮条纹处的可能性最大
11、试根据相关实验解释为什么光是一种概率波？
12、利用学过的知识解释实验室中电子云的形成原因和特点。
【参考答案】
1、轨道，位置，速度，频率，波长 2、无规则分布的曝光点，明显的干涉条纹，概率，概率，概率 3、粒子，波动 4、概率，传播速度
5、ACD 6、A 7、CD 8、AC 9、CD 10、CD
11、在弱光的干涉实验中，控制光的强度，使前一个光子到达屏幕后才发出第二个光子，从而排除光子之间相互作用的可能性。在这种情况下，如果时间较短，则在光屏上出现的是无规则分布的曝光点，若经过比较长的时间，则在屏上可以看到明显的干涉条纹。这说明光子到达亮条纹处的概率较大，到达暗条纹处的概率较小，所以我们可以说光是一种概率波。
12、特点：把电子在原子核外各区域出现的概率分布用图像表示，以不同的浓淡程度表示出现的概率大小，像电子在原子核周围形成的云雾。原因：在距离原子核很远处的电子出现的概率几乎为零，而有些非常靠近原子核的电子出现的概率也几乎为零。
【反思】
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4.3 放射性同位素 学案
【学习目标】
(1)知道同位素的概念．
(2)知道放射性同位素有哪些应用．
(3)知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害．了解防范放射线的措施，建立防范意识．
【学习重点】
核反应方程
【知识要点】
一、同位素
1．原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素．例如氢的三种同位素：氕、氘、氚（ ）。
2．放射性同位素 ：具有放射性的同位素叫放射性同位素．
3．放射性同位素和正电子的发现
，+v其中，P是放射性同位素，e为正电子，v为中微子。
二、放射性同位素的应用
放射性同位素的应用主要分为三类：1是利用射线的电离作用、穿透能力等特性，2是作为示踪原子，3是利用其半衰期．
1．射线特性的应用
射线的应用 说 明
辐射育种 利用7射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种．
电离21世纪教育网21世纪教育网本领[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网] 食品辐射保存21世纪教育网 用射线对食品进行照射，可以抑制发芽、杀虫灭菌．[来源:21世纪教育网]21世纪教育网21世纪教育网
放射性治疗 射线照射可以治疗恶性肿瘤，使癌细胞活动受到抑制或‘使其死亡，这就是放射性治疗，简称“放疗"．
衰变能量 放射性同位素电池 把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．它体积小、功率大、使用寿命长，可作为人造卫星、宇宙飞船、海洋工程等设施的电源．
穿透本领 射线探伤 利用7射线穿透能力强的特点，可以检查金属内部有没有缺陷或裂纹，用丫射线可以检查较厚的钢铁部件．
2．作为示踪原子
由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如果在某种元素里掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程．而放射性元素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性同位素叫示踪原子．
例如：在给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，这样可以知道农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．利用示踪原子还可以检查输油管道上的漏油位置，在生物学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用．
3．半衰期的应用
在地质和考古工作中，利用放射性衰变的半衰期来推断地层或占代文物的年代． 三、放射线的危害与防护
放射线在我们的生活中无处不在．在合理应用放射性的同时，又要警惕它的危害，．进行必要的防护．过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然产生破坏作用．如下图是世界通用的辐射警示标志．
放射线的危害与防护
核爆炸 核爆炸的最初儿秒钟放射出来的主要是强烈的y射线和中子流，这些射线具有很强的穿透能力，对人体和其他生物有很强的杀伤作用．
危害 核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染．
医疗照射 医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡．
密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里，或用特殊方法覆盖，以防止放射线泄漏．
防护 距离防护 距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻．
时间防护 尽量减少受辐射时间
屏蔽防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用
【典型例题】
例题1、放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是（ ）
A．射线，射线，射线 B．射线，射线，射线，
C．射线，射线，射线 D．射线，射线，射线
解析：由于三种射线的能量不同，所以贯穿能力最强的是射线，射线次之，射线最弱，故正确答案选B。
例题2、同位素原子在许多方面有着广泛的应用：1934年,科学家在用α粒子轰击铝箔时,除探测到预料中的中子外,还探测到了正电子,更意外的是,拿走α放射源后,铝箔虽不再发射中子,但仍能继续发射正电子,而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样,也有一定的半衰期.
(1)写出α粒子轰击铝箔(2713A1)产生中子的核反应方程式
(2)上述产生的具有放射性的同位素叫作放射性同位素,写出其产生正电子的核
反应方程式.
(3)简要说明放射性同位素的应用,并至少举出两个实际应用的例子.
答案:(1)，
(2)，
(3)利用射线辐射育种,作为示踪原子检查管道等
【当堂反馈】
1、原子核在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程中叫_________________，与衰变一样，该过程中也遵守_____ ___守恒和_____________守恒。
2、放射性同位素主要应用它的__________________，以及作为________________。
3、写出下列核反应方程，并注明对应的人名：
发现质子：_______________________________________，________________；
发现中子：_______________________________________，________________；
发现正电子：_____________________________________，________________。
4、关于放射性同位素，下列说法正确的是 ( )
A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样
B．放射性同位素衰变可以生成另一种新元素
C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法测得
D．以上说法都不对
5、关于同位素，下列说法正确的是 ( )
A．原子序数等于核内质子数与核外电子数之差 B．原子序数等于核内质子数与中子数之差
C．原子序数相同的元素，互为同位素 D．核内质子数相同的元素，互为同位素
6、用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后生成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是 ( )
A．质子，α衰变 B．电子，α衰变
C．α粒子，β衰变 D．正电子，β衰变
7、一质子以107m/s的速度撞击一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则 ( )
A．核反应方程为 Al＋H→Si
B．核反应方程为 Al＋P→Si
C．硅原子核速度的数量级为107m/s，方向与质子的初速度方向一致
D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子的初速度方向一致
8、关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是 ( )
A．作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质
B．作为示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测到的特点
C．γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质
D．γ射线探伤是利用了γ射线电离能力很强的性质
9、下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是 ( )
A．利用钻60治疗肿瘤等疾病
B．射线探伤
C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测其吸收养分的情况
10、对放射性的应用，下列说法正确的是 ( )
A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射
B．对放射性的肥料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置
D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
有人工方法获得放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达到1000多种，每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究等许多方面都得了广泛的应用
11、带电的检测器在放射线的照射下电荷会很快消失，其原因是 ( )
A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用
C．射线的物理化学作用 D．以上均不正确
12、1965年，我国科学家首次用人工合成的方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是 ( )
A．光谱分析 B．同位素示踪原子
C．微机技术 D．测定介电常数
13、联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238。贫铀炸弹的贯穿能力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物会长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是 ( )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，但对环境产生了长期危害
C．铀238的半衰期很长
D．铀238的衰变速度很快
14、如图所示，一带电粒子在云室中运动时，可呈现其运动径迹。将云室放在匀强电场中，通过观察带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律。现将一静止的放射性C14放入上述装置中，当它发生衰变时，可以放出α粒子或电子或正电子。所放射的粒子与反冲核经过相同的时间所形成的径迹如图所示（衰变后瞬间放射出的粒子与反冲核的速度方向与电场方向垂直，x，y均表示长度），
（1）写出C14的衰变方程；
（2）判断衰变后放射出的粒子的径迹是哪一条；
（3）求衰变后瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比。
【参考答案】
1、人工转变，电荷数，质量数 2、射线，示踪原子 3、He＋N→O＋H，卢瑟福； He＋Be→C＋n，查德威克； He＋Al→P＋n，P→Si＋e，玛丽亚·居里 4、AB 5、CD 6、C 7、ABD 8、BC 9、CD 10、BCD 11、B 12、B 13、AC 14、（1）C→Be＋He （2）② （3）5∶2
【反思】
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1.4 反冲运动 学案1
【学习目标】
（1）．知道什么是反冲运动，能结合动量守恒定律对反冲运动现象做出解释
（2）．知道火箭的飞行原理和主要用途，能应用动量守恒定律正确处理喷气式收音机一类的问题
（3）．了解动量守恒定律在实际生活生产中的生要意义的作用。
【学习重点】
知道什么是反冲、应用动量守恒定律正确处理喷气式飞机、火箭一类问题
【知识要点】
反冲运动的定义：一个物体向某一方向射出或抛出它的一部分，剩余部分将向相反方向运动的现象，称为反冲运动。
反冲原理： 在抛射的短暂时间内，系统的内力远大于所受的外力，可认为反冲运动中系统动量是守恒的。
作用前：P = 0
作用后: P' = mv + MV
则根据动量守恒定律有： P' = P21世纪教育网
即 m v + M V = 0
故有：V = ( m / M ) v21世纪教育网
负号就表示作用后的两部分运动方向相反
一、反冲运动的防止
枪发射子弹时，为 减少反冲运动带来的不利影响，枪身质量较大,步枪装枪托，以提高命中率。大炮发射炮弹时，要撑起支架，炮筒要后缩，以减小反冲运动对炮身的损害。
二、反冲运动的利用
喷气式飞机、反击式水轮机、火箭
【典型例题】
例1：质量为M的火箭以速度v0飞行在太空中，现在突然向后喷出一份质量为m的气体，喷出的气体相对于火箭的速度是 v ，喷气后火箭的速度v'是多少？
解析：根据动量守恒定律：Mv0 = m(v0-v)+(M-m)v'
所以：v'= v0+mv/(M-m)
例2：如图6-2-3所示．质量为m的铅球以大小为v0仰角为θ的初速度抛入一个装着砂子的总质量为M的静止的砂车中，砂车与地面的摩擦不计，球与砂车的共同速度是多少
【解析】：小球及小车看成一个系统，该系统水平方向不受外力，故系统水平方向上动量守恒，由动量守恒定律得mv0cosθ=(M+m)v，所以v=mv0cosθ/(M+m)
【规律总结】此类问题属系统所受外力不为0，竖直方向上受到有外力，动量不守恒，但水平方向上不受外力作用，动量守恒．又如大炮在以倾角发射炮弹时，炮身要后退，受到地面的阻力，但因其炸药产生的作用力很大，远大于受到的阻力，故仍认为水平方向动量守恒．
例2.如图6-2所示,质量均为M的木块A和B,并排放在光滑水平面上;A上固定一竖直轻杆,轻杆上端的小钉(质量不计)O上系一长度为L的细线,线的另一端系一质量为m的小球C,现将球C拉起使细线水平伸直,并由静止释放C球,求(1)两木块刚分离时,A B C的速度各多大
(2) 两木块分离后,小球偏离竖直方向的最大偏角.
解析：球C下摆过程中，在到达最低点以前，悬线拉力的水平分力通过杆使A、B一起向右加速运动，当C达到最低点时A、B同时达到最大速度。球C摆过最低点以后，悬线对杆的拉力的水平分量向左，通过杆使A减速，导致A、B分离。分离后木块B以分离时的速度向右匀速运动。由于A、B、C组成的系统水平方向无外力作用，则系统的水平动量守恒（即水平动量始终为零）；所以在A、B分离且球C上摆到某一位置后，木块A将反向向左运动。当A与C的水平速度相同时，球C摆到最高点，这时偏离竖直方向的角度最大。21世纪教育网
（1）选A、B、C组成的系统为研究对象，从开始（初态）到小球摆至最低点（末态）的过程，设球在最低点的速度为v1，此时A、B即将分离，其共同速度为v2，规定水平向左为正方向，根据动量守恒定律有：0=mv1-2Mv2
再选A、B、C和地球组成的系统为研究对象，在细线由水平位置到竖直位置的过程中，只有重力做功，根据机械能守恒定律有：
mgL=mv12+2Mv22
两式联立解得：v1=2 v2=。
（2）选A、B、C组成的系统为研究对象，在细线由水平位置到向左摆到最高点的全过程中，设A与C的共同速度为v，仍规定水平向左为正方向，根据动量守恒定律有：
0=（M+m）v-Mv2
设球摆到最高点时线与竖直方向的夹角为θ，根据机械能守恒定律有：
mgL=（M+m）v2+Mv22+mgL（1+cosθ）
由以上两式及上问中的结果得：
θ=arccos。21世纪教育网
点评：（1）本题物理过程较为复杂，分析清楚系统内各物体的运动过程非常重要，弄清C球摆到最低点时，A、B向右速度最大，此后A开始减速，B向右匀速运动，二者开始分离是本题的关键；C摆到最大偏角时，C、A两物有共同向左的速度又是本题所隐含的重要条件。（2）本题在解答第二问时仍以C球从水平开始到向左摆到最大偏角的全过程对A、B、C整个系统进行分析、列方程；若是从C球摆到最低点开始到最大偏角过程来分析C、A，又如何列方程？哪种方法较简单？21世纪教育网
【规律总结】
“人船模型”研究的是这样一种情况：初态时系统总动量为零，在物体发生相对运动时，系统动量守恒守恒的情况下，求系统内物体的位移。
处理这一类型的问题，关键在于：
1、所有的矢量均应选择同一参考系，一般选地面为参考系。
2、特别容易弄错的是各矢量的方向，式中的人、船的位移方向相反，速度方向也相反。若选择人前进的方向为正方向，因为船的运动方向与之相反，可先将船的方向用负号表示，只求解船的位移大小，这样比较简单，也不容易出错.
【当堂反馈】
1.质量为M的小车在光滑的水平地面上以v0匀速运动.当车中的砂子从底部的漏斗中小断流下时,车子速度将( ).
(A)减小 (B)不变 (C)增大 (D)无法确定
2.在光滑水平直路上停着一辆较长的木板车,车的左端站立一个大人,车的右端站立一个小孩.如果大人向右走,小孩(质量比大人小)向左走.他们的速度大小相同,则在他们走动过程中 ( ).
(A)车可能向右运动 (B)车一定向左运动
(C)车可能保持静止 (D)无法确定
3.质量为m的平板小车静止在光滑的水平面上,一个质量为M的人立于小车的一端.当人从车的一端走向另一端的过程中,下列说法中正确的是( )
(A)人对小车压力的冲量,使小车与人沿同方向运动
(B)人对小车摩擦力的冲量,使小车产生与人运动方向相反的动量
(C)人与小车的动量在任一时刻都大小相等而方向相反
(D)人与车的瞬时速度总是大小相等力向相反21世纪教育网
4.如图所示,一辆质量为M的小车以速度v1光滑水平面上运动,一质量为m、速度为v2物体以俯角为θ的方向落到车上并埋在车里的砂中,此时小车的速度为_____.
5： 长为L质量为M的小船停在静水中，质量为m的人立在船头，若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？
6．气球质量为200千克，载有质量为50千克的人，静止在空中距地面20米的地方，气球下悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至安全到达地面，则这根绳长至少为多少？
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【参考答案】
1:B 2:B 3:BC 4:
5、解析：以人和船组成的系统为研究对象，在人由船头走到船尾的过程中，系统在水平方向不受外力作用，所以整个系统在水平方向动量守恒．当人起步加速前进时，船同时向后做加速运动；人匀速运动，则船匀速运动；当人停下来时，船也停下来．设某时刻人对地的速度为v，船对地的速度为V，取人行进的方向为正方向，
根据动量守恒定律有：mv－MV=0
即
因为人由船头走到船尾的过程中，每一时刻都满足动量守恒定律，所以每一时刻人的速度与船的速度之比，都与它们的质量之比成反比．因此人由船头走到船尾的过程中，人的平均速度与船的平均速度也与它们的质量成反比，即
．
而人的位移
s人=t，
船的位移s船=t，
所以船的位移与人的位移也与它们的质量成反比，即
①
由图１可以看出：s船＋s人=Ｌ ②
由① ②两式解得
6、解：将气球和人作为一个系统。在人慢慢下滑到地面的过程中，系统所受的重力和浮力之和不变，即合力为零，故系统动量守恒。设气球的质量为m1,人的质量为m2,
取竖直向上为正方向，由动量守恒定律可得：
则可解得：L=25m
即这根绳长至少为25m。
说明：这个题可以说跟刚才我们讲的人船模型一模一样，只不过由水平方向的动量守恒变成了竖直方向的。不管别人怎么变，只要是系统的初动量为零，那么，我们都可以效仿“人船模型”的处理方法。
【反思】
收获
疑问
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火箭
现代火箭是指一种靠发动机喷射气体产生反作用力向前推进的飞行器，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称为运载火箭。
火箭的工作原理就是动量守恒定律，当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭就获得等大反向的动量，因而发生连续的反冲现象。随着推进剂的消耗，火箭质量不断减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
提高火箭速度有两个办法，一是提高气体的喷射速度，二是提高质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比），而提高喷射速度的方法比提高质量比的方法更有效，但喷射速度的提高也有一定的限度。因为要提高喷射速度，必须有高效能的燃料，才能产生高温高压的气体，高速地从喷口喷出；同时还要求制作燃料室和喷口的材料能经受得住高温、高压和高速。现代液体燃料的火箭喷射速度约为2500m/s，气体的压强约为四个大气压，温度已高达3000℃左右。把喷气速度提高到4km/s——4.5km/s就是很高的技术水平了，要想把质量比提高到10也是很难办到的，火箭除了外壳、存储燃料设备和燃料室外还要有发动机、仪器、控制设备和要运送的人造卫星、爆炸弹头等，燃料燃尽后，剩余的总质量还是相当大的。如果质量比是6，气体的喷射速度是2500m/s，火箭的最大速度也不到4.5km/s，远小于第一宇宙速度（7.9km/s），更不用说脱离地球引力了，可见，单级火箭的最终速度是有一定限度的，因此，只有利用多级火箭才能得到较大的最终速度。
火箭可应用在军用和民用两大方面，按不同的飞行任务，大致可分为三类：探空火箭，用于高空大气测量；弹道式导弹，是带战斗部的有控火箭；卫星（宇宙飞船）运载器，把卫星或飞船送上轨道。目前世界上最大的运栽火箭是美国的“土星五号”，它的直径为10m，高85m，起飞时质量近3000t，第一级火箭装有五台发动机，推力超过3×107N，点火后150s即可把2000多顿液氧和煤油烧完；第二级火箭装有450t高能推进剂（液氧和液氢），推力5.25×106N，第三级火箭装有106t推进剂，推力1×106N，“阿波罗”登月飞船就是由它运载并送入轨道的。
图6-2-3
ｓ船
ｓ人
图1
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3.2 原子的结构 学案
【学习目标】
（1）了解原子结构建立的历史过程及各种模型建立的依据。
（2）知道α粒子散射实验的方法和现象，及原子核式结构模型的主要内容。
【学习重点】
理解α粒子散射实验及原子的核式结构模型。
【知识要点】
1．汤姆生的葡萄干布丁模型
电子的发现，说明原子可以再分割。在此基础上，汤姆生建立了较有影响的“葡萄干布丁”也叫“枣糕模型”——原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．
2．粒子散射实验
1909-1911年卢瑟福指导其助手用粒子散射实验否定了汤姆生的原子模型，提出了原子的核式结构模型。
3.原子核式结构模型的提出
原子中心有一个极小的核，叫原子核，原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。
原子核半径的数量级为10-15m，原子半径的数量级是10-10 m。所以原子核的半径约为原子半径的十万分之一。这里突出了原子核是很小的，原子内部是很空的。
4“模型”与“结构”
模型并不是真实情况的精确复制品，至今为止，我们还无法用肉眼去观测原子的内部结构，只能通过推测去建立模型，正确的模型在一定程度上是原子的内部结构的真实写照，但是很难说是精确的．在建立模型的过程中，常常会忽略一些次要的因素．进行简化，只是留下一些能够反映原物本质的主要因素．但是太阳系的行星结构则不同，我们观察得到，并且我们可以完全确定某一时刻太阳系的行星所处的准确位置．
【问题探究】
问题1：a粒子散射实验中为什么选用金箔？
解答：（1）金的延展性好，容易做成和很薄的箔，实验用的金箔厚度大约是10-7m；（2）金原子到的正电荷多，与a粒子间的库仑力大；（3）金原子质量大约是a粒子质量的50倍，因而惯性大，a粒子运动状态容易改变。
问题2：粒子的散射实验是怎么做的
粒子散射实验的装置，可根据课本上的示意图来讲述，主要由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成。实验的做法．课文中写得比较简明，重点应指出荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的粒子数。
问题3：粒子的散射实验结果是什么
实验结果用“绝大多数”、“少数”和“极少数”这样的数量形容词来描述。绝大多数穿过金箔后仍沿原来的方向前进；少数发生了大角度偏转；极少数甚至被弹回。卢瑟福的原子核式结构模型就是在分析了如上情况后建立起来的。
【疑难解析】
对实验结果的分析应着重注意如下几点：
a．电子不可能使粒子发生大角度散射。粒子跟电子碰撞过程中，两者动量的变化量相等。由于粒子的质量是电子质量的7 300倍，在碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度要发生改变。因此，粒子与电子正碰时，不会出现被反弹回来的现象。即使发生非对心碰撞时，粒子也不会有大角度的偏转。
b．按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内部均匀地分布，粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力也不会很大。粒子的大角度散射现象，说明了葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。
c．实验中发现少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用。
d．金箔的厚度大约是1 m m，金原子的直径大约是3×10-10m。绝大多数粒子在穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向却没有发生明显的变化，这个现象表明了粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。
【典型例题】
例1．下列有关卢瑟福a粒子散射实验的结论正确的是：( )
A、证明了质子的存在21世纪教育网
B、证明了原子核是由质子和中子组成的
C、说明了原子核的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
D、说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动21世纪教育网
解析：卢瑟福的“粒子散射实验彻底否定了汤姆生的原子模型，为核式结构学说奠定了实验基础，这个实验事实说明原子中心有个很小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，除此之外不能说明其他问题，利用此实验结果判断，A、B、D均错，只有C正确．
例2．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（ ）
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．这说明了这些α粒子受到很大的库伦力，施力物体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A
例3．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是 （ ）
A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转”。故选项A错误。
用极端法，设α粒子在向重金属核射去，α粒子接近核时，克服电场力做功．其动能减小，势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，势能减小，故选项B、C是错误的。答案：D
【当堂反馈】
1．卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是 （ ） 21世纪教育网
A．解释α 粒子散射现象
B．用α 粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性
D．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱
2．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（ ）
A．它彻底否定了经典的电磁理论 B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论 D．它引入了普朗克的量子观念
3．（06沪九校）、右图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四 个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（ ）
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A
位置时少得多
C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
4.卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用α粒子轰击金箔的实验中,发现粒子( ).
(A)全部穿过或发生很小的偏转
(B)全部发生很大的偏转
(C)绝大多数穿过,只有少数发生很大偏转,甚至极少数被弹回
(D)绝大多数发生偏转,甚至被掸回
5.当α粒子被重核散射时,如图所示的运动轨迹中不可能存在的是( )
6.在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中,下列说法中正确的是( )
(A)α粒子-直受到金原子核的斥力作用
(B)α粒子的动能不断减小
(C)α粒子的电势能不断增加
(D)α粒子发生散射,是与电子碰撞的结果
7.玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时,与卢瑟福的核式结构学说观点不同的是( ).[来源:21世纪教育网]
(A)电子绕核运动的向心力,就是电子与核之间的静电引力
(B)电子只能在一些不连续的轨道上运动
(C)电子在不同轨道上运动时的能量不同
(D)电子在不同轨道上运动时的静电引力不同
8.卢瑟福的实验证明,两个原子核之间的斥力,在它们之间距离小到1014m时,还遵守库仑定律.试求两质子在相距10-14m时的加速度.已知质子的质量是1.67×10-27kg.
9.α粒子质量为6.68×10-27kg,以速度v=2.0×107m／s轰击金箔后,速度方向偏转了180°.试求粒子与金原子核最接近时,所具有的电势能(以α粒子远离金原子核时的电势能为零).21世纪教育网
10．如图是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。
21世纪教育网
【参考答案】
1．AB 2．BD 3．ABD 4、C 5、BC 6、A 7、B
8、m/s2 9、J 10．α粒子散射，图略
【反思】
收获[来源:21世纪教育网]
疑问 21世纪教育网
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4.7 小粒子与大宇宙 学案
【学习目标】
(1)初步了解恒星的演化．
(2)初步了解粒子物理学的知识．
【学习重点】
宇宙演化过程的理解
【知识要点】
一、小粒子与大字宙的空间跨度
1．宇宙的起源
20世纪40年代，在大量天文学观测的基础上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说．它的主要观点是，宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球"发生大爆炸而开始的．然后经历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴胀)，宇宙物质从密到稀。当温度下降到几千度时，宇宙间主要是气态物质．后来气体逐渐凝聚成气云，并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体．
2．微观粒子
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子．随着科学家们的研究逐步发现了400多种不同的新粒子，它们不是质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子．
说明：对微观粒子分类如下表所示：
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备 注
强子 强相互作用 质子、中子、介子、超子 质子是最早发现的强子强子有内部结构
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子μ子中微子、т子、т子中微子 无内部结构
媒介子 各种相互作用 光子、玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用玻色子传递弱相互作用胶子传递强相互作用
3．空间跨度
人类认识的空间可以分为三个层次：我们日常生活的空间为宏观层次，分子、原子大小发更小的空间为微观层次，地球大气层外浩淼的宇宙为字观层次．从微观空间到字观空间约从10-5到1027 m，共跨越了大约42个数量级．
二、小粒子与大宇宙的时间跨度
宇宙的寿命约为1018s，微观粒子的寿命最短的只有10-25 s，可见物质世界的时间尺度，约从018s到10-25s，共跨越了将近43个数量级．
三、统一场论
物理学向微观和宇观两个领域的研究今天得到了初步统一，物理学完整、和谐美在这里又得到了充：分体现．“物理学中研究最大和最小对象的两个分支…宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴．”
【典型例题】
例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π- u d
带电量 +e -e
下列说法正确的是（ ）
A．π+由u和组成
B．π+由和d组成
C．π-由u和组成
D．π-由和d组成
解析：根据各种粒子带电情况，π的带应为u和d（“+”或“-”）所以选“AD”
归纳：基本粒子不基本（列出框架图）
点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。
【当堂反馈】
1、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（ ）
A．质子由1个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个μ夸克和2个d夸克组成，中子由2个μ夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和1个d夸克组成
2、介子衰变方程为：→π-+πo其中介子和π-介子带负的基元电荷，πo介子不带电，如图所示，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧Ap，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在p点相切，它们半径Rk-与Rπ-之比为2：1（πo介子的轨迹未画出）由此可知π-的动量大小与πo的动量大小之比为（ ）
A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：621世纪教育网
【参考答案】
1、B 2、C
【本章达标训练】
1．铀裂变的产物之一氪90（Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90（Zr），这些衰变是（ ）
A.1次α衰变，6次β衰变。 B.4次β衰变。
C.2次α衰变。 D.2次α衰变，2次β衰变。
2．图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（ ）
A.a为α射线，b为β射线。 B.a为β射线，b为α射线。?
C.b为γ射线，c为α射线。 D.b为α射线，c为γ射线。
3．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（ ）
A.α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。
B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力。
C.γ射线一般伴随着α和β射线产生，它的穿透能力最强。
D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱。
4．有三个核反应方程分别是：(1) H+H→He+n。(2)Ra→Rn+He。
(3)U+n→Xe+Sr+10n。它们的核反应类型分别是；（ ）
A．裂变、衰变、人工转变。?B．聚变、衰变、裂变?。
C．聚变、衰变、人工转变。?D．人工转变、衰变、裂变。?
5．下列关于重要的物理史实的说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福在用粒子轰击金箔的实验中发现了质子，
B．爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说，
C．查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子，
D．居里夫人首先发现了天然放射现象。[21世纪教育网
6．下列叙述中符合物理学史的是 （ ）
A．汤姆生发现了电子，提出了原子的核式结构学说。
B．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Pa）和镭（Ra）。
C．麦克斯韦提出了光的电磁说。
D．爱因斯坦首先发现了光电效应现象。
7．牛顿为了说明光的性质，提出了光的微粒说，如今，人们对光的性质已有了进一步的认识，下列四个示意图所表示的实验，能说明光性质的是（ ）21世纪教育网
[来源:21世纪教育网]
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A B C D21世纪教育网
8、如图所示是查得威克发现中子的实验装置示意图，图中粒子X代表的是__________粒子，粒子X轰击铍核的核反应方程是__________________。
9、核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10-27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程。
（2）试计算这个核反应释放出来的能量。21世纪教育网
（3）若建一座功率为3.0×105kw的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×107s计算，光速c＝3.00×108m/s，结果取二位有效数字）
[来源:21世纪教育网][21世纪教育网]
10、静止在匀强磁场中的核俘获一个速度为v0=7.7×104m/s的中子发生核反应。若已知的速度为m/s，其方向与反应前中子的速度方向相同。求
（1）的速度多大？
（2）求出轨道半径之比。
（3）当粒子旋转3周时，粒子旋转几周？
【达标训练参考答案】
1．B 2．C 3．C 4．B 5．BC 6．C 7．BC
8.a粒子
9．[来源:21世纪教育网]
（3）设每年需核能为E总，发电量为E
则E＝Pt
每年消耗氘：
10．[解析]（1）中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒，代入数据解得，方向与v0相同。
（2）氘核、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为
（3）氘核、氦核做圆周运动的周期之比为所以它们旋转的周数之比为当氦核旋转3周时，氘核旋转2周。
[点评] 中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒，注意生成的核在磁场中运动的情景。
【反思】
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疑问
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4.4 核力与结合能 学案
【学习目标】
(1)知道核力及其性质．
(2)知道重核和轻核，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因．
(3)认识原子核的结合能及平均结合能．
【学习重点】
核力及结合能的理解
【知识要点】
一、核力
1．定义：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力叫做核力．21世纪教育网
2．核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质：
(1)核力是一种强力．在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，在约之内主要表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．
(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
二、重核与轻核
1．排在元素周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核，排在比较靠前的叫轻核．
2．重核与轻核中质子数与中子数的比例．21世纪教育网
自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，较重的原子核，中子数大于质子数，越重的两者相差越多．
三、结合能
1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫做原子核的结合能．21世纪教育网
2．平均结合能：原子核的结合能与其核子数之比，称做平均结合能．21世纪教育网
3．平均结合能与原子核的稳定性
(1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核，平均合能较大，表示这些原子核较稳定．
(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就释放核能，例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
四、质能方程
1．质量亏损：组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差，叫做核的质量亏损．
2．质能方程：原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系．它们之间的关系是： （或）
这就是著名的爱因斯坦质能方程．因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损，再代入质能方程求出核能．
1u相当于931．5MeV，其中u为原子质量单位：1u=1．660566×10－27kg ，
lMev= l06 ev， leV＝1．6×10－19J
【典型例题】
例1、下列说法正确的是（ ）
A.是衰变方程
B.是核聚变反应方程
C.是核裂变反应方程
D.是原子核的人工转变方程
解析： A选项中在质子的轰击下发生的核反应，属于人工转变，A错；C选项是α衰变，不是裂变，C错。
例2、中子和质子结合成氘核时，质量亏损为，相应的能量 MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是（ ）
A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子
B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零21世纪教育网
C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
解析：只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合题，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确。
例3、原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ）
A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3
解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有，，解得 k=2，d=2。正确选项为B。
例4、下面是一核反应方程，用表示光速，则（ ） [来源:21世纪教育网]
A. X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2
B. X是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2
C. X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘C2
D. X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘C2
分析：根据在核反应中，质量数和电荷数都守恒，可知核反应方程中的X为中子，根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2知，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以C2，答案为D。
【达标训练】
1、组成原子核的核子之间有很强的___________，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称________，它是一种强相互作用力。
2、自然界中原子序数较___________的原子核，其质子数与中子数大致相等；但原子序数较___________的原子核，中子数比质子数多，越重的元素，两者的差越大。
3、核子结合在一起时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的____________，它与核子数的比值叫________________。在结合或分解过程中，反应物与生成物的质量之差叫______________。21世纪教育网
4、已知氮核的质量为14.00735u，氧核的质量为17.00454u，氦核的质量为4.00387u，质子的质量为1.00815u，则核反应N＋He →O＋H是_________（填“释能”“吸能”）反应，能量变化了______________J。
5、一个铀235衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853131×10-25kg，钍核的质量为3.786567×10-25kg，α粒子的质量为6.64672×10-27kg，则在该衰变过程中释放出的能量为_______________J。如果有1kg铀发生这样的衰变，则铀全部衰变完，释放的能量为________________J。
6、下列关于核反应的说法正确的是 ( )
A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由质能方程可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的的总能量不守恒
7、下列四个核反应中，X表示中子的是 ( )
A．N＋He →O＋X B．Al＋He →P＋X
C． H＋H →He＋X D．U＋X →Xe＋Sr＋10n
8、用α粒子轰击硼10后，生在了氮13，并放出X粒子；而氮13不稳定，它放出Y粒子后变成碳13，则X和Y分别是 ( )
A．质子和中子 B．质子和正电子
C．中子和电子 D．中子和正电子
9、对质能方程，下列说法正确的是 ( )
A．能量可以转化为质量 B．质量可转化为能量
C．能量的转化与质量的转化是成比例的 D．在核反应中能量与质量都不守恒
10、中子n、质子P、氘核D的质量分别为mn、mP、mD，现用光子能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，核反应方程为γ＋D → P＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，且能量都以动能的形式存在，则中子的动能是( )
A．( mD－mP－mn)c2－E B．( mD＋mn－mP)c2＋E
C．( mD－mP－mn)c2＋E D．( mD＋mP－mn)c2－E
11、静止的镭核Ra发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E，设衰变过程中释放的能量全部以动能的形式释放，则衰变过程中的质量亏损为 ( )
A． B． C． D．
12、一个α粒子轰击硼（B）核变成碳14和一个未知粒子，并放出7.5×105eV的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。
13、1993年，中国科学院上海原子核研究所制得一种新的铂元素的同位素铂202（Pt），制取过程如下：（1）用质子轰击铍9（Be）产生快中子；（2）用快中子轰击汞204（Hg），反应过程中可能有两种：①生成铂202，并放出α粒子；②生成铂202，并放出质子、中子。（3）生成的铂202发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202，写出上述所有的核反应方程。
14、已知原子核Po的质量为209.98287u，原子核Pb的质量为205.97446u，α粒子的质量为4.00260，静止的核Po在衰变中放出α粒子后变成核Pb，求：
（1）衰变过程中的质量亏损；
（2）衰变过程中释放的能量；21世纪教育网
（3）衰变后的瞬间，α粒子和Pb的动能。21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1、相互作用，核力 2、小，大 3、结合能，比结合能，质量亏损 4、吸能，2.2×10-13
5、8.7×10-13，2.3×1012 6、B 7、BCD 8、D 9、C 10、C 11、B
12、He＋B→C＋H，1.3×10-30kg 13、（1）H＋Be→B＋n （2）①n＋Hg→Pt＋He，21世纪教育网
②n＋Hg→Pt＋2H＋n （3）Pt→Au＋e，Au→Hg＋e
14、（1）5.81×10-3u （2）5.41 MeV（3）α粒子动能为5.31 MeV，Pb动能为0.1 MeV
【反思】
收获
疑问
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1.4 反冲运动 学案2
【学习目标】
1．进一步巩固动量守恒定律21世纪教育网
2．知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用
3．了解航天技术的发展和应用
【学习重点】21世纪教育网21世纪教育网
运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质
【知识要点】
动量守恒定律解“人船模型”问题
人船模型是动量守恒定律的拓展应用，将速度与质量的关系推广到位移与质量，做这类题目，首先要画好示意图，要注意两个物体相对于地面的移动方向和两个物体位移大小之间的关系．
一个原来静止的系统，由于某一部分的运动而对另一部分有冲量，使另一部分也跟着运动，若现象中满足动量守恒，则有m1υ1-m2υ2 = 0，υ1 = υ2．物体在这一方向上的速度经过时间的累积使物体在这一方向上运动一段距离，则距离同样满足s1 = s2，它们的相对距离s相 = s1+s2．
【典型例题】
【例1】质量为M、长为L的船静止在静水中，船头及船尾各站着质量分别为m1及m2的人，当两人互换位置后，船的位移有多大？
【解析】利用“人船模型”易求得船的位移大小为：．提示：若m1>m2，本题可把（m1-m2）等效为一个人，把（M+2m2）看着船，再利用人船模型进行分析求解较简便．应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关．不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的．以上所列举的人、船模型的前提是系统初动量为零．如果发生相互作用前系统就具有一定的动量，那就不能再用m1v1=m2v2这种形式列方程，而要利用（m1+m2）v0=m1v1+m2v2列式．
【例2】如图6-2-4所示，AB为一光滑水平横杆，杆上套一质量为M的小圆环，环上系一长为L质量不计的细绳，绳的另一端拴一质量为m的小球，现将绳拉直，且与AB平行，由静止释放小球，则当线绳与A B成θ角时，圆环移动的距离是多少？
【解析】虽然小球、细绳及圆环在运动过程中合外力不为零（杆的支持力与两圆环及小球的重力之和不相等）系统动量不守恒，但是系统在水平方向不受外力，因而水平动量守恒．设细绳与AB成θ角时小球的水平速度为v，圆环的水平速度为V，则由水平动量守恒有：MV=mv，且在任意时刻或位置V与v均满足这一关系，加之时间相同，公式中的V和v可分别用其水平位移替代，则上式可写为：Md=m［（L-Lcosθ）-d］，解得圆环移动的距离：
d=mL（1-cosθ）/（M+m）
【规律总结】
“人船模型”的特点：两个物体均处于静止，当两个物体存在相互作用而不受外力作用时，系统动量守恒，所以本质上也是反冲模型．这类问题的特点：两物体同时运动，同时停止．载人气球，例2等均属于“人船模型”．
【当堂反馈】
1.向空中发射一物体,不计空气阻力,当此物体的速度恰好沿水平方向时,物体炸裂成a、b两块,若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向,则( )
(A)b的速度方向一定与原来速度方向相同
(B)在炸裂过程中,a、b受到的爆炸力的冲量一定相同
(C)从炸裂到落地这段时间里,a飞行的水平距离一定比b的大21世纪教育网
(D)a、b一定同时到达水平地面
2.如图所示,一辆小车装有光滑弧形轨道,总质量为m,停放在光滑水平向上.有一质量也为m的速度为v的铁球,沿轨道水平部分射入,并沿弧形轨道上升h后,又下降而离开小下,离车后球的运动情况是( )
(A)作平抛运动,速度方向与车运动方向相同
(B)作平抛运动,水平速度方向跟车相反
(C)作自由落体运动
(D)小球跟车有相同的速度
3.在水平轨道上放置一门质量为M的炮车,发射质量为m的炮弹,炮下与轨道间摩擦不计,当炮身与水平方向成θ角发射炮弹时,炮弹相对地面出射的速度为v0,则此时炮身后退的速度v′=________.
4.质量为M的气球下吊一架轻的绳梯,梯上站着质量为m的人.气球以v0速度匀速上升,如果人加速向上爬,当他相对于梯的速度达到v时,气球的速度将变为______.
5.质量为30㎏的小孩推着质量为10㎏的冰车,在水平冰面上以2.0m/s的速度滑行,不计冰面摩擦,若小孩突然以5.0m/s的速度(对地)将冰车推出后,小孩的速度变为_______m/s.这一过程中,小孩对冰车所做的功为______J.
6.气球质量为200㎏,载有质量为50㎏的人,静止在空中距地面20m的地方,气球下悬一根质量可忽略不汁的绳子,此人想从气球上沿绳慢慢下滑至安全到达地面,则这根绳至少多长
7.如图所示,有A、B两质量均为M的小车,在光滑的水平面上以相同的速率v0在同一直线上相向运动,A车上有一质量为m的人,他至少要以多大的速度(对地)从A车跳到B车上,才能避免两车相撞
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8：质量为M底边长为b倾角为θ的三角形劈，静止在光滑的水平面上，如图所示，有一质量为m的小物体，由斜面顶部无初速滑到底部时，劈移动的距离是多少？
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9.甲、乙两冰船在冰面上沿一直线以相同的速度v0甲在前、乙在后同向匀速滑行.今从甲船上以相对甲船v的速度水平向乙船抛出一个质量为m的砂袋,已知甲船(连操纵者、砂袋)和乙船(连操纵者)原先的质量均为M.问:当砂袋落入乙船中后两船速度各变为多大
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【参考答案】
1:D 2:C 3: 4: 5:1.0,105 6:25m
7:
8、分析 注意本题水平方向平均动量守恒。
如果把小物体改变成一个倒置的劈，不能看作质点的话，那么要注意位移的几何关系要作改变。
本题还可以求解小物体滑到最低点的速度。要注意的是，小物体到达底端时的速度的方向并不沿斜面。可以把相对于斜面的速度再分解，也可以直接设速度的方向与水平面夹角，运用机械能守恒定律求得结果。
方法一 设斜面的速度为V，物体相对于斜面的速度为v则有：
m（vcos -V）-MV=0
mgh=m[（vcos -V）2+（vsinθ）2]/2 + MV2/2
方法二 设斜面的速度为V，物体的速度为v，与水平方向的夹角为β则有：
mvcosβ-MV=0
mgh=mv2/2 + MV2/2
再加一个垂直于斜面方向，两个物体的速度的分量相等即可。（因为这一方向它们之间没有相对运动）
9:,
【反思】
收获
疑问
图6-2-4
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