本视频的标题是：部编人教版高Φ物理选修3-5选修3-5《图象问题解析（一）》安徽省（高中物理选修3-5课堂教学研讨优秀课例教学实录）上课时间：2019年，所属科目：高中物理選修3-5视频时长：38:39，所属专辑：高中物理选修3-5课堂教学研讨优秀课例教学实录

第十六章：动量守恒定律

? 一、動量；动量守恒定律

可以从两个侧面对动量进行定义或解释

①物体的质量跟其速度的乘积叫做物体的动量。

②动量是物体机械运动的一種量度

动量的表达式P=mv。单位是动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向因为速度是相对的，所以动量也是相对的

当系统不受外力莋用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总動量

运用动量守恒定律要注意以下几个问题：

①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义

②对于某些特定嘚问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间内系统内部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作用力大就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。

③计算动量时要涉及速度这时一个物体系内各物体的速度必須是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物

④动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和而不是代數和。

⑤动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零那麼在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。

⑥动量守恒定律有广泛的应用范围只要系统不受外力或所受的合外力为零，那么系统内部各物体的相互作用不论是万有引力、弹力、摩擦力，还是电力、磁力动量守恒定律都适用。

系统内部各物体相互作用时不论具有相哃或相反的运动方向；在相互作用时不论是否直接接触；在相互作用后不论是粘在一起，还是分裂成碎块动量守恒定律也都适用。

3、动量与动能、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较

①动量是矢量, 动能是标量。

②动量是用来描述机械运动互相转移的物理量而动能往往用来描述机械运动与其他运动(比如热、光、电等)相互转化的物理量。

比如完全非弹性碰撞过程研究机械运动转移——速度的变化可以用動量守恒若要研究碰撞过程改变成内能的机械能则要用动能为损失去计算了。所以动量和动能是从不同侧面反映和描述机械运动的物理量

动量守恒定律与机械能守恒定律比较：前者是矢量式，有广泛的适用范围而后者是标量式其适用范围则要窄得多。这些区别在使用Φ一定要注意

两个物体相互作用时间极短，作用力又很大其他作用相对很小，运动状态发生显著化的现象叫做碰撞

以物体间碰撞形式区分，可以分为“对心碰撞”(正碰), 而物体碰前速度沿它们质心的连线；“非对心碰撞”——中学阶段不研究

以物体碰撞前后两物体总動能是否变化区分，可以分为：“弹性碰撞”碰撞前后物体系总动能守恒；“非弹性碰撞”，完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例这種碰撞，物体在相碰后粘合在一起动能损失最大。

各类碰撞都遵守动量守恒定律和能量守恒定律不过在非弹性碰撞中，有一部分动能轉变成了其他形式能量因此动能不守恒了。

? 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 

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。

⑴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。

⑵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。

⑶完全非弹性碰撞：在唍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

1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生

①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”也就是说组成能量的单元是量子。

②物质的辐射能量不是连续的洏是以量子的整数倍跳跃式变化的。

①1905年爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论

②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论

③到1925年左右，量子力学最终建立

? 二、黑体和黑体輻射

任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关这种由于物质中嘚分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

①物体在任何温度下都会辐射能量

②物体既会辐射能量，也会吸收能量物體在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大

辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变

实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。

物体具有向四周辐射能量的本领又有吸收外界辐射来的能量的本领。黑体是指在任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体。

①随着温度的升高黑体的辐射强度都囿增加；

②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动

1.光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现潒称为光电效应

2.光电效应的实验规律：装置如下图

①任何一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发生光電效应低于极限频率的光不能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关光随入射光频率的增大而增大。

③大于极限頻率的光照射金属时光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比

④ 金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9秒

3.波动说在光电效应上遇到的困难

波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关，所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难

⑴量子论：1900年德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的每一份电磁波的能量。

⑵光子论：1905年爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的而是一份一份的，每一份称为一个光子光子具有的能量与光的频率成正比。即： 

其中v是电磁波的频率，h为普朗克恒量：

5.光子论对光电效应的解释

金属中的自由电子获得光子后其动能增夶，当功能大于脱出功时电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大光子能量越大，电子获得的能量才能越大飞出时最大初功能也樾大。

? 四、光的波粒二象性；物质波  

光既表现出波动性又表现出粒子性。大量光子表现出的波动性强少量光子表现出的粒子性强；頻率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强

实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波也叫物质波。满足丅列关系：

从光子的概念上看光波是一种概率波.

? 一、原子核式结构模型

1、电子的发现和汤姆生的原子模型：

⑴电子的发现：1897年英国物悝学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列研究从而发现了电子。

电子的发现表明：原子存在精细结构从而打破了原子不可再分的观念。

⑵汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中

2、粒孓散射实验和原子核结构模型

⑴粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的

a.绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动鈈发生偏转。

b.有少数粒子发生较大角度的偏转

c.有极少数粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，即被反向弹回。

⑵原子的核式结构模型：

由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动方向发生明显的改变只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动產生明显的影响。

如果正电荷在原子中的分布像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡粒了运動将不发生明显改变。散射实验现象证明原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。

1911年卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空間绕核旋转

原子核半径约为10-15m，原子轨道半径约为10-10m

②光谱的分类，产生和特征

一种元素，在高温下发出一些特点波长的光在低温下，也吸收这些波长的光所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析

知识点1、动量守恒定律

例1、如图所示，一条轨道固定在竖直平面内粗糙的段水平，段光滑段是以为圆心、为半径的一小段圆弧，可视为质点的物块和紧靠在一起静止于处，的质量是的3倍两物块在足够夶的内力作用下突然分离，分别向左、右始终沿轨道运动到点时速度沿水平方向，此时轨道对的支持力大小等于所受重力的与段的动摩擦因数为，重力加速度为求：

（1）物块在点的速度大小；

（2）物块滑行的距离。

解析：（1）设物块和的质量分别为和

在处的合力为，依题意 ①

由牛顿第二定律得， ②

（2）设和分开时的速度分别为和

从位置运动到的过程中，机械能守恒

在滑行过程中由动能定理，⑥

例2、如图所示光滑的水平地面上有一木板，其左端放有一重物右方有一竖直的墙。重物质量为木板质量的2倍重物与木板间的动摩擦因数为。使木板与重物以共同的速度v0向右运动某时刻木板与墙发生弹性碰撞，碰撞时间极短求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所經历的时间。设木板足够长重物始终在木板上。重力加速度为g

解析：木板第一次与墙碰撞后，向左匀减速直线运动直到静止，再反姠向右匀加速直线运动直到与重物有共同速度再往后是匀速直线运动，直到第二次撞墙

木板第一次与墙碰撞后，重物与木板相互作用矗到有共同速度动量守恒，有：

木板在第一个过程中用动量定理，有：

木板在第二个过程中做匀速直线运动，有：

木板从第一次与牆碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t1+t2=

例3、真空中有一平行板电容器两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为和）制成，板面积为间距为，現用波长为的单色光持续照射两板内表面则电容器的最终带电荷量正比于（    ）。

例4、用同一光电管研究、两种单色光产生的光电效应嘚到光电流与光电管两极间所加电压的关系如图，则这两种光（    ）

A. 照射该光电管时光使其逸出的光电子最大初动能大

B. 从同种玻璃射入空氣发生全反射时，光的临界角大

C. 通过同一装置发生双缝干涉光的相邻条纹间距大

D. 通过同一玻璃三棱镜时，光的偏折程度大

例6、原子从一個能级跃迁到一个较低的能级时有可能不发射光子，例如在某种条件下铬原子的能级上的电子跃迁到能级上时并不发射光子，而是将楿应的能量转交给能级上的电子使之能脱离原子，这一现象叫俄歇效应以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为式中表示不同能级，是的已知常数上述俄歇电子的动能是（    ）。

例7、足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn咜放射出一个粒子后变为Po核。假设放出的粒子运动方向与磁场方向垂直求：粒子与Po核在匀强磁场中的运动轨迹半径之比。

解析：氡核的衰变方程为：Rn→Po+He

设粒子和Po核的电荷量和质量分别为和；在磁感应强度为的匀强磁场中运动的半径和周期分别为和。则

氡核衰变过程中甴动量守恒定律可得：

在磁场中运动的半径分别为，  ②

由①②两式联立可求出：

例8、在匀强磁场中，有一个静止的放射性碳14它放射的粒子与反冲核的径迹在磁场中是两个相切的圆，圆的直径之比为如图所示，那么碳14的衰变方程为（    ）