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教科版高中物理选修3-5精品课件+教学设计
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& 学年高二物理选修3-5模块要点回眸：第5点《透析反冲运动的模型——“人船”模型》（教科版）
学年高二物理选修3-5模块要点回眸：第5点《透析反冲运动的模型——“人船”模型》（教科版）
资料类别: /
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资料概述与简介
第5点　透析反冲运动的模型——“人船”模型
　模型建立：如图1所示，长为L、质量为m船的小船停在静水中，质量为m人的人由静止开始从船的一端走到船的另一端，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各为多少？
以人和船组成的系统为研究对象，在人由船的一端走到船的另一端的过程中，系统水平方向不受外力作用，所以整个系统水平方向动量守恒．
设某时刻人对地的速度为v人，船对地的速度为v船，取人前进的方向为正方向，根据动量守恒定律有：m人v人－m船v船＝0，即v船∶v人＝m人∶m船．
因此人由船的一端走到船的另一端的过程中，人的平均速度与船的平均速度也与它们的质量成反比．而人的位移x人＝v人t，船的位移x船＝v船t，所以船的位移与人的位移也与它们的质量成反比，即x船∶x人＝m人∶m船①
①式是“人船模型”的位移与质量的关系，此式的适用条件是原来处于静止状态的系统，在系统内部发生相对运动的过程中，某一个方向的动量守恒．
由图可以看出：x船＋x人＝L②
由①②两式解得x人＝L，x船＝L.
此模型可进一步推广到其他类似的情景中，进而能解决大量的实际问题，例如：人沿着静止在空中的热气球下面的软梯滑下或攀上，求热气球上升或下降高度的问题；小球沿放在光滑水平地面上的弧形槽滑下，求弧形槽移动距离的问题等．
对点例题　
如图2所示，质量m＝60kg的人，站在质量M＝300kg的车的一端，车长L＝3m，相对于地面静止．当车与地面间的摩擦可以忽略不计时，人由车的一端走到另一端的过程中，车将(　　)
A．后退0.5mB．后退0.6m
C．后退0.75mD．一直匀速后退
解题指导　人车组成的系统动量守恒，则mv1＝Mv2，所以mx1＝Mx2，又有x1＋x2＝L，解得x2＝0.5m.
方法点评　人船模型是典型的反冲实例，从瞬时速度关系过渡到平均速度关系，再转化为位移关系，是解决本题的关键所在．
1.一个质量为M、底边长为b的三角形斜劈静止于光滑的水平桌面上，如图3所示．有一质量为m的小球由斜面顶部无初速度地滑到底部时，斜劈移动的距离为多少？
斜劈和小球组成的系统在整个运动过程中都不受水平方向的外力，所以系统在水平方向上动量守恒．斜劈和小球在整个过程中发生的水平位移如图所示，由图知斜劈的位移为x，小球的水平位移为b－x，由m1x1＝m2x2，得Mx＝m(b－x)，所以x＝.
2.如图4所示，一个质量为m的玩具蛙，蹲在质量为M的小车的细杆上，小车放在光滑的水平桌面上，若车长为L，细杆高为h，且位于小车的中点，试求：当玩具蛙最小以多大的水平速度v跳出，才能落到桌面上．
解析　蛙跳出后做平抛运动，运动时间为t＝，蛙与车水平方向动量守恒，可知mx＝M(－x)，蛙要能落到桌面上，其最小水平速度为v＝，上面三式联立求得v＝.
3.质量为m、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为M的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上，如图5所示，当小球从图中所示位置无初速度地沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离为多大？
解析　小球与大球组成的系统水平方向不受力的作用，系统水平方向动量守恒．因此小球向右滚动，大球向左滚动．在滚动过程中，设小球向右移动的水平距离为x1，大球向左移动的水平距离为x2，两者移动的总长度为R.因此有mx1－Mx2＝0而x1＋x2＝R.
由以上两式解得大球移动的距离为
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学年教科版高中物理选修3-5模块检测（一）（解析版）.doc
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学年教科版高中物理选修3-5模块检测（一）（解析版） 题意知E－E＝hcλ①图E－E＝hcλ②E－E＝hcλ③由①②③式解得λ＝λλλ－λ，故A选项正确下列说法正确的是()A相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小B钍核Th，衰变成镤核Pa，放出一个中子，并伴随着放出γ光子C根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小D平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠，原子核越稳定答案AD解析钍核衰变的核反应方程式为Th―→Pa＋－e，选项B错误；氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子轨道半径减小，由a＝kQqmr，核外电子运动的加速度增大，选项C错误；故只有选项A、D正确(;江西吉安高二期末)年，日本发生级地震，福岛第一核电站严重受损，大量放射性铯Cs和碘I进入大气和海水，造成对空气和海水的放射性污染下列说法正确的是()A核反应堆中的核废料不再具有放射性，对环境不会造成影响B铀核裂变的一种可能核反应是U―→Cs＋Rb＋nC放射性碘I发生β衰变的核反应方程为I―→Xe＋－eDU裂变形式有多种，每种裂变产物不同，质量亏损不同，但释放的核能相同答案C如图所示，有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右)一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量他进行了如下操作：首先将船平行于码头自由停泊，轻轻从船尾上船，走到船头停下，而后轻轻下船用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L已知他的自身质量为m，渔船的质量为()Am（L＋d）dBm（L－d）d图CmLdDm（L＋d）L答案B解析设该同学在t时间内从船尾走到船头，由动量守恒定律知，人、船在该时间内的平均动量大小相等，即ms人t＝Mdt，又s人＝L－d，得M＝m（L－d）d如图所示，在光滑水平面上，有质量分别为m和m的A、B两滑块，它们中间夹着一根处于压缩状态的轻质弹簧(弹簧与A、B不拴连)，由于被一根细绳拉着而处于静止状态当剪断细绳，在两滑块脱离弹簧之后，下述说法正确的是()A两滑块的动能之比EkA∶EkB＝∶B两滑块的动量大小之比pA∶pB＝∶C两滑块的速度大小之比vA∶vB＝∶D弹簧对两滑块做功之比WA∶WB＝∶答案A解析根据动量守恒定律知，两滑块脱离弹簧后动量大小相等，B项错误；mAvA＝mBvB，故vA∶vB＝mB∶mA＝∶，C项错误；由Ek＝pm得EkA∶EkB＝mBmA＝，A项正确；由W＝ΔEk知WA∶WB＝EkA∶E____________________________________________________()当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列________说法正确A增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B增大绿光照射强度，电路中光电流增大答案()正()阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化，将衔铁N吸住无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M()B三、计算题(共小题，共分解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)(分)一群氢原子处于量子数n＝的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：()氢原子可能发射几种频率的光子？()氢原子由量子数n＝的能级跃迁到n＝的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？()用()中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？图金属铯钙镁钛逸出功W/eV答案()种()eV()铯；eV解析()可发射种频率的光子()由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为E＝E－E，代入数据得E＝eV()E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ekm＝E－W代入数据得，Ekm＝eV(或－J)(分)(;江苏卷)牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载，A、B两个玻璃球相碰，碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为∶分离速度是指碰撞后B对A的速度，接近速度是指碰撞前A对B的速度若上述过程是质量为m的玻璃球A以速度v碰撞质量为m的静止玻璃球B，且为对心碰撞，求碰撞后A、B的速度大小答案vv解析设A、B球碰撞后速度分别为v和v由动量守恒定律mv＝mv＋mv，且由题意知v－vv＝解得v＝v，v＝v(分)kg的女孩骑自行车带kg的男孩(如图所示)，行驶速度m/s自行车行驶时，男孩要从车上跳下来()他知道如果直接跳下来，他可能会摔跤，为什么？()男孩安全跳下车且速度为零，计算男孩安全跳下车的瞬间，女孩和自行车的速度；()计算自行车与两个孩子，在男孩跳下车前后整个系统的动能的值如有不同，请解释答案()由于惯性()m/s()JJ男孩跳下车时用力向前推自行车，对系统做了正功，使系统的动能增加了J解析()如果直接跳下来，人具有和自行车相同的速度，脚着地后，脚的速度为零，由于惯性，上身继续向前倾斜，因此他可能会摔跤所以他下来时用力往前推自行车，这样他下车时可能不摔跤()男孩跳下车前后，对整体由动量守恒定律有：(m＋m＋m)v＝(m＋m)v得v＝m/s(m表示女孩质量，m表示自行车质量，m表示男孩质量)()男孩跳下车前系统的动能Ek＝(m＋m＋m)v＝(＋＋)()J＝J男孩跳下车后系统的动能Ek＝(m＋m)v＝(＋)J＝J男孩跳下车时用力向前推自行车，对系统做了正功，使系统的动能增加了J(分)年月日，山东海阳核电站一期工程举行开工仪式工程规划建设两台万千瓦的AP三代核电机组如果铀在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝u，mn＝u，mSr＝u，mXe＝u()写出裂变方程；()求出一个铀核裂变放出的能量；()若铀矿石的浓度为%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？答案()U＋n―→Sr＋Xe＋n图()MeV()t解析()裂变过程的质量亏损Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－mn＝u，释放的能量ΔE＝Δmc＝MeV≈MeV()核电站一年的发电量E＝Pt＝J＝J，由E＝NΔE＝m;%MNAΔE，得m＝EM%;NAΔE＝;;%;;;;;;－g≈g＝t教科版高中物理选修-模块检测（一）(时间：分钟满分：分)一、选择题(本题共小题，每小题分，共分)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有()答案AB解析选项A为康普顿效应，选项B为光电效应，康普顿效应和光电效应都深入揭示了光的粒子性；选项C为α粒子散射实验，未涉及光子，揭示了原子的核式结构；选项D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是()A利用含有放射性碘的油，检测地下输油管的漏油情况B把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D给怀疑患有甲状腺的病人注射碘，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病答案ABD解析利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线贯穿能力强的特点，因此C选项不属于示踪原子的应用，A、B、D都是作为示踪原子，故A、B、D正确关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是()A利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径B利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径C原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验D处于激发态的氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将增大答案AD解析核外电子对粒子几乎没有什么阻挡作用，故无法估算核外电子的运动半径，选项B错误；玻尔的氢原子模型很好地解释了氢原子光谱的实验，选项C错误，A、D对秦山核电站第三期工程的两个kW发电机组已实现并网发电发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是()A反应堆中核反应速度通常是采用调节U的体积来控制的BU的一种可能的裂变是U＋n→Xe＋Sr＋nCU是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D一个U裂变能放出MeV的能量，合－J答案BD解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光铬离子的能级图如图所示，E是基态，E是亚稳态，E是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为λ的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E，然后自发地跃迁到E，释放波长为λ的光子，处于亚稳态E的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为()Aλλλ－λBλλλ－λCλ－λλλDλ－λλλ答案A解析由题意知E－E＝hcλ①图E－E＝hcλ②E－E＝hcλ③由①②③式解得λ＝λλλ－λ，故A选项正确下列说法正确的是()A相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小B钍核Th，衰变成镤核Pa，放出一个中子，并伴随着放出γ光子C根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小D平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠，原子核越稳定答案AD解析钍核衰变的核反应方程式为Th―→Pa＋－e，选项B错误；氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子轨道半径减小，由a＝kQqmr，核外电子运动的加速度增大，选项C错误；故只有选项A、D正确(;江西吉安高二期末)年，日本发生级地震，福岛第一核电站严重受损，大量放射性铯Cs和碘I进入大气和海水，造成对空气和海水的放射性污染下列说法正确的是()A核反应堆中的核废料不再具有放射性，对环境不会造成影响B铀核裂变的一种可能核反应是U―→Cs＋Rb＋nC放射性碘I发生β衰变的核反应方程为I―→Xe＋－eDU裂变形式有多种，每种裂变产物不同，质量亏损不同，但释放的核能相同答案C如图所示，有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小 学年教科版高中物理选修3-5模块检测（一）（解析版）
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