物理人教版學(xué)案與測評選修3-5（課件）

《物理人教版學(xué)案與測評選修3-5（課件）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理人教版學(xué)案與測評選修3-5（課件）（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 選修3 5 動量守恒定律及其應(yīng)用 要點(diǎn)一動量守恒條件的理解例1如圖所示 A B兩物體質(zhì)量之比mA mB 3 2 原來靜止在光滑地面上的平板小車C上 A B間有一根被壓縮的彈簧 當(dāng)突然釋放彈簧后 A 若A B與平板小車上表面間的動摩擦因數(shù)相同 A B組成的系統(tǒng)動量守恒B 若A B與平板小車上表面間的動摩擦因數(shù)相同 A B C組成的系統(tǒng)動量守恒C 若A B所受的摩擦力大小相等 A B的系統(tǒng)動量守恒D 若A B所受的摩擦力大小相等 A B C組成的系統(tǒng)動量守恒 點(diǎn)撥 在同一物理過程中 系統(tǒng)的動量是否守恒與系統(tǒng)的選取密切相關(guān) 因此在利用動量守恒定律解題時 一定要明確哪些物體組成的系統(tǒng)在哪一過程中動量是守恒的 即要明確研究對象和過程 解析 如果A B與平板小車上表面間的動摩擦因數(shù)相同 則A B所受的摩擦力大小不相等 A B組成的系統(tǒng)所受合外力不為零 故總動量不守恒 選項A錯誤 對于A B C組成的系統(tǒng) A B與C間的摩擦力為內(nèi)力 故該系統(tǒng)動量守恒 選項B D正確 若A B所受的摩擦力大小相等 則A B組成的系統(tǒng)的外力之和為零 故其動量守恒 選項C正確 答案 BCD 例22010年元旦的夜晚 某城市舉行了禮花觀賞晚會 禮花在高空綻放 將城市的廣場裝扮得五彩繽紛 現(xiàn)假設(shè)禮炮從地面豎直向上發(fā)射的最大高度為125m 所有禮炮到達(dá)最高點(diǎn)時都炸成質(zhì)量之比為2 1的兩塊 其中較大的一塊以10m s的速度水平飛出 g取10m s2 為了確保觀賞者的安全 人離禮炮發(fā)射點(diǎn)的水平距離s應(yīng)滿足什么條件 點(diǎn)撥 1 禮炮升到最高點(diǎn)時的速度是零 2 爆炸時動量守恒 3 利用動量守恒定律時注意選取正方向 4 炸后的禮炮做平拋運(yùn)動 要點(diǎn)二動量守恒定律的應(yīng)用 解析 以炸裂的兩塊禮炮為系統(tǒng) 由于爆炸力 內(nèi)力 遠(yuǎn)大于外力 重力 在水平方向無外力 則該方向上系統(tǒng)總動量守恒且為零 設(shè)質(zhì)量較小的一塊質(zhì)量為M 速度為v1 較大的一塊質(zhì)量為2M 速度v2 10m s 選較大的一塊速度方向為正方向 根據(jù)動量守恒定律 有2Mv2 Mv1 0 v1 2v2 20m s 兩塊分別做平拋運(yùn)動的時間由h 1 2gt2得t g 5s 所以最大平拋距離x1 20 5m 100m 為確保安全 人離禮貌發(fā)射點(diǎn)的水平距離s 100m 例3如圖所示 甲車質(zhì)量m1 20kg 車上有質(zhì)量M 50kg的人 甲車 連同車上的人 以v 3m s的速度向右滑行 此時質(zhì)量m2 50kg的乙車正以v0 1 8m s的速度迎面滑來 為了避免兩車相撞 當(dāng)兩車相距適當(dāng)距離時 人從甲車跳到乙車上 求人跳出甲車的水平速度 相對地面 應(yīng)當(dāng)在什么范圍內(nèi)才避免兩車相撞 不計地面和小車間的摩擦 設(shè)乙車足夠長 取g 10m s2 要點(diǎn)三動量守恒條件的臨界問題 解析 以人 甲車 乙車組成的系統(tǒng)為研究對象 由動量守恒得 m1 M v m2v0 m1 m2 M v 解得v 1m s 以人與甲車組成的系統(tǒng)為研究對象 人跳離甲車過程動量守恒 得 m1 M v m1v Mu 解得u 3 8m s 因此 只要人跳離甲車的速度v 3 8m s 就可避免兩車相撞 求出不相撞的速度 點(diǎn)撥 例總質(zhì)量為M的裝砂的小車 正以速度v0在光滑水平面上前進(jìn) 突然車底漏了 不斷有砂子漏出來落到地面 問在漏砂的過程中小車的速度是否變化 錯解 質(zhì)量為m的砂子從車上漏出來 漏砂后小車的速度為v 由動量守恒定律Mv0 M m v 剖析 錯解的主要原因在于研究對象的選取 小車中砂子的質(zhì)量變了 即原來屬于系統(tǒng)內(nèi)的砂子漏出后就不研究了 這樣 初狀態(tài)及末狀態(tài)就不對應(yīng)同一個系統(tǒng)了 正解 漏掉的砂子在剛離開車的瞬間 其速度與小車的速度是相同的 質(zhì)量為m的砂子從車上漏出來 漏砂后小車的速度為v由動量守恒定律 Mv0 mv M m v 解得v v0 即砂子漏出后小車的速度是不變的 實(shí)驗驗證動量守恒定律 例 2010 南京模擬 氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗儀器 它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊 使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上 滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦 我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律 實(shí)驗裝置如圖所示 彈簧的長度忽略不計 采用的實(shí)驗步驟如下 A 用天平分別測出滑塊A B的質(zhì)量mA mB B 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌 使導(dǎo)軌處于水平 C 在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧 用電動卡銷鎖定 靜止地放置在氣墊導(dǎo)軌上 D 用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1 E 按下電鈕放開卡銷 同時使分別記錄滑塊A B運(yùn)動時間的計時器開始工作 當(dāng)A B滑塊分別碰撞C D擋板時停止計時 記下A B分別到達(dá)C D的運(yùn)動時間t1和t2 本實(shí)驗中還應(yīng)測量的物理量及其符號是 利用上述測量的實(shí)驗數(shù)據(jù) 驗證動量守恒定律的表達(dá)式是 上式中算得的A B兩滑塊的動量大小并不完全相等 產(chǎn)生誤差的原因有 至少答出兩點(diǎn) 解析 A B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后 在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時可視為勻速運(yùn)動 因此只要測出A與C的距離L1 B與D的距離L2及A到C B到D的時間t1和t2 測出兩滑塊的質(zhì)量 就可以用mAL1 t1 mBL2 t2驗證動量是否守恒 實(shí)驗中還應(yīng)測量的物理量為B與D的距離 符號L2 驗證動量守恒定律的表達(dá)式是mAL1 t1 mBL2 t2 產(chǎn)生誤差的原因 L1 L2 mA mB的數(shù)據(jù)測量誤差 沒有考慮彈簧推動滑塊的加速過程 滑塊并不是做標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運(yùn)動 滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦 答案 B與D間的距離L2mAL1 t1 mBL2 t2見解析 例 2010 寧夏模擬 某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律 圖中兩擺擺長相同 懸掛于同一高度 A B兩擺球均很小 質(zhì)量之比為1 2 當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時 其側(cè)面剛好接觸 向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45 角 然后將其由靜止釋放 結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動 且最大擺角成30 若本實(shí)驗允許的最大誤差為 4 此實(shí)驗是否成功地驗證了動量守恒定律 解析 設(shè)擺球A B的質(zhì)量分別為mA mB 擺長為l B球的初始高度為h1 碰撞前B球的速度為vB 在不考慮擺線質(zhì)量的情況下 根據(jù)題意及機(jī)械能守恒定律得h1 l 1 cos45 1 2mBvB2 mBgh1 設(shè)碰撞前 后兩擺球的總動量的大小分別為p1 p2 有p1 mBvB 聯(lián)立 式得p1 mB 同理可得p2 mA mB 聯(lián)立 式得P2 p1 mA mB mB 代入已知條件得 p2 p1 2 1 03 由此可以推出 p2 p1 p1 4 所以 此實(shí)驗在規(guī)定的范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律 第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜 要點(diǎn)一 粒子散射實(shí)驗例1圖為盧瑟福和他的同事們做 粒子散射實(shí)驗的裝置示意圖 熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A B C D四個位置時 觀察到的現(xiàn)象描述正確的是 A 在A位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B 在B位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比在A位置時稍少些C 在C D位置時 屏上觀察不到閃光D 在D位置時 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數(shù)極少 點(diǎn)撥 解答此類題目需要掌握好相關(guān)的物理學(xué)史 解析 因為絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍然沿原來方向前進(jìn) 在A位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 A正確 因為少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn) 在B位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比在A位置時要少得多 B錯誤 粒子散射實(shí)驗中有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過90 甚至接近180 所以C錯誤D正確 正確選項為AD 要點(diǎn)二能級的分析和計算例2 2009 全國 氫原子的部分能級如圖所示 已知可見光的光子能量在1 62eV到3 11eV之間 由此可推知 氫原子 A 從高能級向n 1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短B 從高能級向n 2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光C 從高能級向n 3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高D 從n 3能級向n 2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光 點(diǎn)撥 解析 本題考查玻爾的原子理論 從高能級向n 1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為10 20eV 不在1 62eV到3 11eV之間 A正確 已知可見光光子能量在1 62eV到3 11eV之間而從高能級向n 2能級躍遷時發(fā)出的光的能量可能大于3 11eV B錯誤 從高能級向n 3能級躍遷時發(fā)出的光子能量小于1 51eV 頻率比可見光低 C錯誤 從n 3到n 2的過程中釋放的光的能量等于1 89eV介于1 62eV到3 11eV之間 所以是可見光 D正確 答案 AD 由已知條件求出能級差 由玻尓理論 h E末 E初 求出頻率 根據(jù) 判斷輻射出的光子與可見光的關(guān)系 例已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為r1 0 528 10 10m 量子數(shù)為n的能級值為En 13 6 n2eV 其中靜電力常量k 9 0 109N m2 C2 電子電量e 1 6 10 19C 普朗克常量h 6 63 10 34J s 真空中光速c 3 0 108m s 1 求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動時的動能 2 計算如圖所示這幾條光譜線中波長最短的一條的波長 錯解 1 電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動時量子數(shù)n 1 其動能為En 13 6 n2 13 6 12eV 13 6eV 由于動能不為負(fù)值 所以Ek En 13 6eV 2 由于能級差越小的兩能級間躍遷產(chǎn)生的光譜線波長越短 所以 E3 E2 時所產(chǎn)生的光譜線為所求 其中E2 13 6 22eV 3 4eV E3 13 6 32eV 1 51eV 由h E3 E2及 c 所以 ch E3 E2 3 108 6 63 10 34 1 51 3 4 1 6 10 19 m 6 58 10 7m 剖析 處于基態(tài)軌道上的能量 它包括電勢能Ep1和動能Ek1 計算表明Ep1 2Ek1 所以E1 Ep1 Ek1 Ek1 Ek1 E1 13 6eV 雖然錯解中數(shù)值正確 但理解是錯誤的 正解 1 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電子在基態(tài)軌道上的速率為v1 根據(jù)牛頓第二定律和庫侖定律有mv12 r1 ke2 r12 Ek 1 2mv12 ke2 2r1 9 0 109 1 6 10 19 2 2 0 528 10 10 J 2 18 10 18J 13 6eV 2 與波長最短的一條光譜線對應(yīng)的是輻射能量最大的躍遷 能級差為E3 E1 hc E3 E1 6 63 10 34 3 108 1 51 13 6 1 6 10 19 m 1 03 10 7m 第2節(jié)放射性元素的衰變核能 要點(diǎn)一半衰期的計算例1放射性同位素C被考古學(xué)家稱為 碳鐘 它可用來斷定古生物體的年代 此項研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎 1 宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后 會形成C C很不穩(wěn)定 易發(fā)生衰變 其半衰期為5730年 衰變時放出 射線 試寫出有關(guān)核反應(yīng)方程 2 若測得一古生物遺骸中C含量只有活體中的12 5 估算此遺骸的年代 解析 1 中子碰到氮原子發(fā)生核反應(yīng) 方程為n NC HC的衰變方程為CN e 2 設(shè)活體中C質(zhì)量為M0 由半衰期的定義得12 5 M0 M0 12 t 則t 3 t 3 3 5730年 17190年 點(diǎn)撥 解答本題的思路是 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒寫出衰變方程 由含量關(guān)系求出C的剩余質(zhì)量 根據(jù)衰變公式求出衰變時間 要點(diǎn)二核反應(yīng)方程及其類型現(xiàn)有五個核反應(yīng) A H H He nB U n X Kr 3nC Na Mg eD Ra Rn HeE He Be C n 1 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程 是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程 2 求B項中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù) 3 判斷以上五個核反應(yīng)的反應(yīng)類型 點(diǎn)撥 解答本題時要注意以下幾點(diǎn) 1 核反應(yīng)方程遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒 2 注意不同的核反應(yīng)的區(qū)別 3 熟悉幾種典型的核反應(yīng) 解析 1 E是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 A是氫彈的核反應(yīng)方程 B是原子彈的核反應(yīng)方程 2 由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定X質(zhì)量數(shù)為144 電荷數(shù)為56 所以中子數(shù)為 144 56 88 3 衰變是原子核自發(fā)地放出 粒子或 粒子的反應(yīng) C是 衰變 D是 衰變 E是人工控制的原子核的變化 屬人工轉(zhuǎn)變 裂變是重核吸收中子后分裂成幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng) B是裂變 聚變是幾個輕核結(jié)合成較大質(zhì)量的核的反應(yīng) A是聚變 答案 1 EBA 2 3 見解析 要點(diǎn)三核能的計算例 2009 海南 钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U 和 粒子 而鈾核激發(fā)態(tài)U 立即衰變?yōu)殁櫤薝 并放出能量為0 097MeV的 光子 已知 Pu U和 粒子的質(zhì)量分別為mPu 239 052lu mU 235 0439u和m 4 0026u 1u 931 5MeV c2 1 寫出衰變方程 2 已知衰變放出的光子的動量可忽略 求 粒子的動能 點(diǎn)撥 解答本題需要注意到核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒 還要能夠應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程和動量守恒定律 解析 1 衰變方程為Pu U U U 或合并有Pu U 2 上述衰變過程的質(zhì)量虧損為 m mPu mU m 放出的能量為 E c2 m 該能量是鈾核U的動能EU 粒子的動能E 和 光子的能量E 之和 E EU E E 由 式得EU E mPu m m c2 E 設(shè)衰變后的鈾核和 粒子的速度分別為vU和v 則由動量守恒有mUvU m v 又由動能的定義知EU 1 2mUvU2 E 1 2m v 2 由 式得EU E m mU 由 式得E mU mU m mPu mU m c2 E 代入題給數(shù)據(jù)得E 5 034MeV 例關(guān)于半衰期 以下說法正確的是 A 同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質(zhì)中的長B 升高溫度可以使半衰期縮短C 氡的半衰期為3 8天 若有4個氡原子核 經(jīng)過7 6天就只剩下一個D 氡的半衰期為3 8天 4克氡原子核 經(jīng)過7 6天就只剩下1克 錯解 每經(jīng)過3 8天就有半數(shù)的氡核發(fā)生衰變 經(jīng)過兩個半衰期即7 6天后 只剩下四分之一的氡 故選C D 剖析 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間是一種統(tǒng)計規(guī)律 半衰期對幾個原子核來說 是無意義的 上述解法忽視了這一事實(shí) 故錯選了C 正解 放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定 跟原子所處的物理狀態(tài) 如溫度 壓強(qiáng) 或化學(xué)狀態(tài) 如單質(zhì) 化合物 無關(guān) 故A B錯誤 考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律 對少數(shù)幾個原子核衰變不適用 因此 正確選項只有D 要點(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律的解釋例1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強(qiáng)度減弱 而頻率保持不變 那么 A 從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B 逸出的光電子的最大初動能將減小C 單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減小D 有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 點(diǎn)撥 1 光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光頻率大于金屬的極限頻率 2 入射光的頻率決定最大初動能 3 光電效應(yīng)的瞬時性 10 9s 解析 光電效應(yīng)瞬時 10 9s 發(fā)生 與光強(qiáng)無關(guān) A錯誤 能否發(fā)生光電效應(yīng) 只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率 與光強(qiáng)無關(guān) D錯誤 對于某種特定金屬 光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān) 入射光頻率越大 最大初動能越大 B錯誤 光電子數(shù)目多少與入射光強(qiáng)度有關(guān) 可理解為一個光子能打出一個電子 光強(qiáng)減弱 逸出的電子數(shù)目減少 C正確 答案 C 要點(diǎn)二愛因斯坦光電效應(yīng)方程例2對愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek h W0 下面的理解正確的有 A 只要是用同種頻率的光照射同一種金屬 那么從金屬中逸出的所有光電子都會具有同樣的初動能EkB 式中的W0表示每個光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功C 逸出功W0和極限頻率 0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W0 h 0D 光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比 點(diǎn)撥 光電效應(yīng)中 直接從金屬表面飛出的電子速度最大 其動能為最大的初動能 愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek h W0就是反映了這些電子逸出過程中的能量關(guān)系 解析 愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek h W0中的W0表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功 因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值 對應(yīng)的光電子的初動能是所有光電子中最大值 其他光電子的初動能都小于這個值 若入射光的頻率恰好是極限頻率 即剛好能有光電子逸出 可理解為逸出的光電子的最大初動能是零 因此有W0 h 0 由Ek h W0可知Ek和 之間是一次函數(shù)關(guān)系 但不是成正比關(guān)系 本題應(yīng)選C 答案 C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全