2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 動量 近代物理初步講義(選修3-5).doc
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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 動量 近代物理初步講義(選修3-5) 考綱下載 (1)動量 動量守恒定律(Ⅰ) (2)驗證動量守恒定律(實驗、探究)(Ⅰ) (3)彈性碰撞和非彈性碰撞(Ⅰ) (4)原子核式結(jié)構(gòu)模型(Ⅰ) (5)氫原子光譜 原子的能級(Ⅰ) (6)原子核的組成(Ⅰ) (7)原子核的衰變 半衰期(Ⅰ) (8)放射性同位素 放射性的應(yīng)用與防護(hù)(Ⅰ) (9)核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損(Ⅰ) (10)核反應(yīng)方程(Ⅰ) (11)裂變反應(yīng) 聚變反應(yīng) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Ⅰ) (12)普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射(Ⅰ) (13)光電效應(yīng)(Ⅰ) (14)光的波粒二象性 物質(zhì)波(Ⅰ) 考向前瞻 (1)動量守恒定律及其應(yīng)用、原子核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論、原子核的衰變、核反應(yīng)方程的書寫及質(zhì)能方程的應(yīng)用是本章高考考查的熱點。 (2)原子結(jié)構(gòu)與原子核部分高考命題難度不大,大多直接考查對知識的理解和記憶,體現(xiàn)時代氣息,用新名詞包裝試題;對動量部分的考查通常以實驗和計算題的形式出現(xiàn),而且難度不會太大。 動量 動量定理 動量守恒定律 對應(yīng)學(xué)生用書P218 [必備知識] 1.動量 (1)定義:物體的質(zhì)量與速度的乘積。 (2)公式:p=mv。 (3)單位:千克米/秒。符號:kgm/s。 (4)意義:動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量,是矢量,其方向與速度的方向相同。 2.動量定理 (1)內(nèi)容:物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量。 (2)表達(dá)式:p′-p=I或mv′-mv=F(t′-t)。 (3)沖量:力與力的作用時間的乘積,即I=F(t′-t)。 3.動量守恒定律 (1)內(nèi)容:如果系統(tǒng)不受外力,或者所受外力的合力為零,這個系統(tǒng)的總動量保持不變。 (2)常用的四種表達(dá)形式: ①p=p′:即系統(tǒng)相互作用前的總動量p和相互作用后的總動量p′大小相等,方向相同。 ②Δp=p′-p=0:即系統(tǒng)總動量的增量為零。 ③Δp1=-Δp2:即相互作用的系統(tǒng)內(nèi)的兩部分物體,其中一部分動量的增加量等于另一部分動量的減少量。 ④m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,即相互作用前后系統(tǒng)內(nèi)各物體的動量都在同一直線上時,作用前的總動量與作用后的總動量相等。 (3)常見的幾種守恒形式及成立條件: ①理想守恒:系統(tǒng)不受外力或所受外力的合力為零。 ②近似守恒:系統(tǒng)所受外力雖不為零,但內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。 ③分動量守恒:系統(tǒng)所受外力雖不為零,但在某方向上合力為零,系統(tǒng)在該方向上動量守恒。 [典題例析] 下列情形中,滿足動量守恒的是( ) A.鐵錘打擊放在鐵砧上的鐵塊,打擊過程中,鐵錘和鐵塊的總動量 B.子彈水平穿過放在光滑水平桌面上的木塊過程中,子彈和木塊的總動量 C.子彈水平穿過墻壁的過程中,子彈和墻壁的總動量 D.棒擊壘球的過程中,棒和壘球的總動量 [解析] 選B 鐵錘打擊放在鐵砧上的鐵塊,打擊過程中,鐵錘和鐵塊所受合外力不為零,它們組成的系統(tǒng)動量不守恒,故A錯誤;子彈水平穿過放在光滑水平桌面上的木塊過程中,子彈和木塊組成的系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)動量守恒,故B正確;子彈水平穿過墻壁的過程中,子彈和墻壁所受合外力不為零,系統(tǒng)動量不守恒,故C錯誤;棒擊壘球的過程中,棒和壘球組成的系統(tǒng)所受合外力不為零,系統(tǒng)動量不守恒,故D錯誤。 動量守恒的判斷 (1)動量守恒定律的研究對象都是相互作用的物體組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的動量是否守恒,與選擇哪幾個物體作為系統(tǒng)和分析哪一段運動過程有直接關(guān)系。 (2)分析系統(tǒng)內(nèi)物體受力時,要弄清哪些是系統(tǒng)的內(nèi)力,哪些是系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)的作用力。 [針對訓(xùn)練] 1.(xx浙江高考)如圖1-1所示,甲木塊的質(zhì)量為m1,以v的速度沿光滑水平地面向前運動,正前方有一靜止的、質(zhì)量為m2的乙木塊,乙上連有一輕質(zhì)彈簧。甲木塊與彈簧接觸后( ) 圖1-1 A.甲木塊的動量守恒 B.乙木塊的動量守恒 C.甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動量守恒 D.甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動能守恒 解析:選C 兩木塊在光滑水平地面上相碰,且中間有彈簧,則碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒,機(jī)械能也守恒,故選項A、B錯誤,選項C正確。甲、乙兩木塊碰撞前、后動能總量不變,但碰撞過程中有動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能,故動能不守恒,只是機(jī)械能守恒,選項D錯誤。 2.下列情況中系統(tǒng)的動量守恒的是( ) 圖1-2 A.如圖甲所示,小車停在光滑水平面上,車上的人在車上走動時,對人與車組成的系統(tǒng) B.子彈射入放在光滑水平面上的木塊中,對子彈與木塊組成的系統(tǒng)(如圖乙) C.子彈射入緊靠墻角的木塊中,對子彈與木塊組成的系統(tǒng) D.斜向上拋出的手榴彈在空中炸開時 解析:選ABD 小車停在光滑水平面上,車上的人在車上走動時,對人與車組成的系統(tǒng),受到的合外力為零,系統(tǒng)動量守恒,故A正確;子彈射入放在光滑水平面上的木塊中,對子彈與木塊組成的系統(tǒng),系統(tǒng)所受外力之和為零,系統(tǒng)動量守恒,故B正確;子彈射入緊靠墻角的木塊中,子彈與木塊組成的系統(tǒng)受墻角的作用力,系統(tǒng)所受外力之和不為零,系統(tǒng)動量不守恒,故C錯誤;斜向上拋出的手榴彈在空中炸開,內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,可以認(rèn)為系統(tǒng)動量守恒,故D正確。 對動量守恒定律的理解與應(yīng)用 對應(yīng)學(xué)生用書P219 [必備知識] 動量守恒定律的“四性” (1)矢量性:表達(dá)式中初、末動量都是矢量,需要首先選取正方向,分清各物體初末動量的正、負(fù)。 (2)瞬時性:動量是狀態(tài)量,動量守恒指對應(yīng)每一時刻的總動量都和初時刻的總動量相等。 (3)同一性:速度的大小跟參考系的選取有關(guān),應(yīng)用動量守恒定律時,各物體的速度必須是相對同一參考系的速度。一般選地面為參考系。 (4)普適性:動量守恒定律不僅適用于兩個物體所組成的系統(tǒng),也適用于多個物體組成的系統(tǒng);不僅適用于宏觀物體組成的系統(tǒng),也適用于微觀粒子組成的系統(tǒng)。 [典題例析] (xx山東高考)如圖1-3所示,光滑水平軌道上放置長木板A(上表面粗糙)和滑塊C,滑塊B置于A的左端,三者質(zhì)量分別為mA=2 kg、mB=1 kg、mC=2 kg。開始時C靜止,A、B一起以v0=5 m/s的速度勻速向右運動,A與C發(fā)生碰撞(時間極短)后C向右運動,經(jīng)過一段時間,A、B再次達(dá)到共同速度一起向右運動,且恰好不再與C碰撞。求A與C發(fā)生碰撞后瞬間A的速度大小。 圖1-3 [思路點撥] (1)A與C發(fā)生碰撞的時間極短,滑塊B的速度在此段時間內(nèi)變化嗎? 提示:不變化。 (2)木板A恰好不再與C發(fā)生碰撞,那么A、B、C最終的速度大小有什么關(guān)系? 提示:A、B、C最終的速度相同。 [解析] 木板A與滑塊C處于光滑水平面上,兩者碰撞時間極短,碰撞過程中滑塊B與木板A間的摩擦力可以忽略不計,木板A與滑塊C組成的系統(tǒng),在碰撞過程中動量守恒,則 mAv0=mAvA+mCvC 碰撞后,木板A與滑塊B組成的系統(tǒng),在兩者達(dá)到同速之前系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)動量守恒,則 mAvA+mBv0=(mA+mB)v A和B達(dá)到共同速度后,恰好不再與滑塊C碰撞,則最后三者速度相等,vC=v 聯(lián)立以上各式,代入數(shù)值解得:vA=2 m/s。 [答案] 2 m/s 應(yīng)用動量守恒定律解題的步驟 [針對訓(xùn)練] 1.(xx福建高考)一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)入太空預(yù)定位置,由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1,后部分的箭體質(zhì)量為m2,分離后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行,若忽略空氣阻力及分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化,則分離后衛(wèi)星的速率v1為( ) 圖1-4 A.v0-v2 B.v0+v2 C.v0-v2 D.v0+(v0-v2) 解析:選D 火箭和衛(wèi)星組成的系統(tǒng),在分離前后沿原運動方向上動量守恒,由動量守恒定律有:(m1+m2)v0=m1v1+m2v2,解得:v1=v0+(v0-v2),D項正確。 2.(xx江蘇高考)牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中記載,A、B兩個玻璃球相碰,碰撞后的分離速度和它們碰撞前的接近速度之比總是約為15∶16。分離速度是指碰撞后B對A的速度,接近速度是指碰撞前A對B的速度。若上述過程是質(zhì)量為2 m的玻璃球A以速度v0碰撞質(zhì)量為m的靜止玻璃球B,且為對心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小。 解析:設(shè)玻璃球A、B碰撞后速度分別為v1和v2 由動量守恒定律得2mv0=2mv1+mv2, 且由題意知=, 解得v1=v0,v2=v0。 答案:v0 v0 碰撞、爆炸與反沖 對應(yīng)學(xué)生用書P220 [必備知識] 1.碰撞 (1)碰撞現(xiàn)象:兩個或兩個以上的物體在相遇的極短時間內(nèi)產(chǎn)生非常大的相互作用的過程。 (2)碰撞特征: ①作用時間短。 ②作用力變化快。 ③內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。 ④滿足動量守恒。 (3)碰撞的分類及特點: ①彈性碰撞:動量守恒,機(jī)械能守恒。 ②非彈性碰撞:動量守恒,機(jī)械能不守恒。 ③完全非彈性碰撞:動量守恒,機(jī)械能損失最多。 2.爆炸現(xiàn)象 爆炸過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,爆炸的各部分組成的系統(tǒng)總動量守恒。 3.反沖運動 (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動的現(xiàn)象。 (2)反沖運動中,相互作用力一般較大,通??梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚?。 [典題例析] 下列圖片所描述的事例或應(yīng)用中,沒有利用反沖原理的是( ) 圖1-5 [解析] 選D 噴灌裝置的自動旋轉(zhuǎn)是利用水流噴出時的反沖作用而運動的,故屬于反沖運動;章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向是利用噴出的水的反沖作用;火箭的運動是利用噴氣的方式而獲得動力,利用了反沖運動;碼頭邊的輪胎的作用是延長碰撞時間,從而減小作用力,不是利用反沖作用,故選D。 1.碰撞現(xiàn)象滿足的規(guī)律 (1)動量守恒 (2)機(jī)械能不增加 (3)速度要合理 ①若碰前兩物體同向運動,則應(yīng)有v后>v前,碰后原來在前的物體速度一定增大,若碰后兩物體同向運動,則應(yīng)有v前′≥v后′。 ②碰前兩物體相向運動,碰后兩物體的運動方向不可能都不改變。 2.爆炸現(xiàn)象的三個規(guī)律 (1)動量守恒:由于爆炸是在極短的時間內(nèi)完成的,爆炸物體間的相互作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受到的外力,所以在爆炸過程中,系統(tǒng)的總動量守恒。 (2)動能增加:在爆炸過程中,由于有其他形式的能量(如化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為動能,所以爆炸前后系統(tǒng)的總動能增加。 (3)位置不變:爆炸的時間極短,因而作用過程中,物體產(chǎn)生的位移很小,一般可忽略不計,可以認(rèn)為爆炸后仍然從爆炸前的位置以新的動量開始運動。 3.對反沖現(xiàn)象的三點說明 (1)系統(tǒng)內(nèi)的不同部分在強(qiáng)大內(nèi)力作用下向相反方向運動,通常用動量守恒來處理。 (2)反沖運動中,由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加。 (3)反沖運動中平均動量守恒。 [針對訓(xùn)練] 1.(xx漳州三模)在光滑的水平面上有兩個在同一直線上相向運動的小球,其中甲球的質(zhì)量m1=2 kg,乙球的質(zhì)量m2=1 kg,規(guī)定向右為正方向,碰撞前后甲球的速度隨時間的變化情況如圖1-6所示。已知兩球發(fā)生正碰后粘在一起,則碰前乙球速度的大小和方向為( ) 圖1-6 A.7 m/s,向右 B.7 m/s,向左 C.1 m/s,向左 D.1 m/s,向右 解析:選B 由圖知,甲球碰撞前的速度為v甲=2 m/s,碰撞后的速度為v甲′=-1 m/s,碰撞后,甲、乙的速度v=-1 m/s,以甲、乙兩球組成的系統(tǒng)為研究對象,以甲的初速度方向為正方向,碰撞過程,由動量守恒定律得:m甲v甲+m乙v乙=(m甲+m乙)v,解得:v乙=-7 m/s,負(fù)號表示方向與正方向相反,即方向向左。 2.(xx福建模擬)小孩雙手搭著大人的肩一起在水平冰面上以3 m/s的速度向右勻速滑行,后面的小孩突然推了一下前面的大人,結(jié)果小孩以2 m/s的速度向左滑行,已知小孩的質(zhì)量為30 kg,大人的質(zhì)量為60 kg,則被推后大人的速度大小變?yōu)? ) A.5.5 m/s B.4.5 m/s C.3.5 m/s D.2.5 m/s 解析:選A 以大人與小孩組成的系統(tǒng)為研究對象,取向右方向為正方向,由動量守恒定律得:(m大+m小)v0=-m小v?。玬大v大,解得:v大=5.5 m/s。 [課時跟蹤檢測] 一、單項選擇題 1.(xx廣州調(diào)研)兩球在水平面上相向運動,發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止。可以肯定的是,碰前兩球的( ) A.質(zhì)量相等 B.動能相等 C.動量大小相等 D.速度大小相等 解析:選C 兩小球組成的系統(tǒng)碰撞過程中滿足動量守恒,兩球在水平面上相向運動,發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止,故根據(jù)動量守恒定律可以斷定碰前兩球的動量大小相等方向相反,C正確。 2.(xx福建高考)將靜置在地面上,質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點火升空,在極短時間內(nèi)以相對地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過程重力和空氣阻力的影響,則噴氣結(jié)束時火箭模型獲得的速度大小是( ) A.v0 B.v0 C.v0 D.v0 解析:選D 本題考查火箭反沖模型,意在考查考生對動量守恒定律的認(rèn)識和應(yīng)用能力。由動量守恒定律有mv0=(M-m)v,可得火箭獲得的速率為v0,選D。 3.如圖1,質(zhì)量為M的小船在靜止水面上以速率v0向右勻速行駛,一質(zhì)量為m的救生員站在船尾,相對小船靜止。若救生員以相對水面速度v水平向左躍入水中,則救生員躍出后小船的速率為( ) 圖1 A.v0+v B.v0-v C.v0+(v0+v) D.v0+(v0-v) 解析:選C 根據(jù)動量守恒定律,選向右方向為正方向,則有(M+m)v0=Mv′-mv,解得v′=v0+(v0+v),故選項C正確。 4.(xx泉州質(zhì)檢)“爆竹聲中一歲除,春風(fēng)送暖人屠蘇”,爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志,是喜慶心情的流露。有一個質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出,到達(dá)最高點時速度大小為v0、方向水平向東,在最高點爆炸成質(zhì)量不等的兩塊,其中一塊質(zhì)量為2m,速度大小為v,方向水平向東,則另一塊的速度是( ) A.3v0-v B.2v0-3v C.3v0-2v D.2v0+v 解析:選C 在最高點水平方向動量守恒,由動量守恒定律可知,3mv0=2mv+mv′,可得另一塊的速度為v′=3v0-2v,故C正確。 5.在光滑的水平面上,有a、b兩球,其質(zhì)量分別為ma、mb,兩球在t0時刻發(fā)生正碰,并且在碰撞過程中無機(jī)械能損失,兩球在碰撞前后的速度圖像如圖2所示,下列關(guān)系正確的是( ) 圖2 A.ma>mb B.ma- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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