专题11 守恒规律在近代物理中应用.doc

考点11 守恒定律在近代物理中的应用 山东 贾玉兵 命题趋势 近代物理在高中教材中是非重点内容，要求不高，但联系生产、生活和科研实际是近几年高考的一个热点。2000年高考中三省的综合卷，涉及近代物理的题4道，在物理分中占21分。2001年高考理综卷中，最后一道压轴题也是涉及近代物理的。 这部分内容虽然是热点，但总体要求不高。考题常以科学研究中的具体事例为背景，选取其中高中能讨论的一些局部问题进行考查，有时还在题中给出一些新的知识、信息、成为信息题。 知识概要 在近代物理领域，牛顿运动定律等一些经典物理的规律将不再使用，但动量守恒定律、核能的转化和守恒定律仍可适用。包括这两个守恒定律的一些守恒规律成为近代物理研究中的重要理论依据。在高中物理范围内，守恒规律和近代物理的联系可表示如下： 由于各种守恒应用的对象是微观粒子，因此关于能量和动量的观念，与在宏观低速领域中相比应有所拓展。在应用能量守恒时，涉及的能量除动能、电势能外，还有与质量对应的总能量mc2，如果是光子，则是由频率决定的能量。在应用动量守恒定律时，要注意除了实物粒子有动量mv外，光子也有动量 ，光子在与其他粒子相互作用时，其行为与实物粒子类似。 点拨解疑 【例题1】（2000年全国高考卷）最近几年原子科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展。1996年科学家们在研究某两个锂离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次α衰变后的产物是。由此可以判定生成超重元素的原子序数和质量数分别是（ ） A．124，529 B．124，265 C．112，265 D．112，277 【点拨解疑】 根据题意可写出核反应方程 由质量数守恒，有 A=253+6×4=277 由电荷数守恒，有 Z=100+6×2=112 可见 D对。 【例题2 】1923年康普顿研究X射线经物质散射的实验，进一步证实了爱因斯坦的光子概念。康普顿让一束X射线投射到一块石墨上发生散射，测定不同散射方向上X射线的波长情况。结果在散射的各个方向上测到了波长比原来更长的X射线。这种改变波长的散射实验被称为康普顿效应。试用光子的概念和能量守恒的概念解释这种波长变长的现象。 【点拨解疑】X射线投射到石墨上，X射线的光子和石墨中的实物粒子（如自由电子、原子等）发生碰撞，碰撞后，光子将沿某一方向散射，同时把一部分能量传给实物粒子，根据能量守恒的原理，散射光子的能量就比入射光子的能量低，根据光子理论，光子能量E=h 所以散射光的频率比入射光的频率小，即散射光的波长较长。 点评：根据光子理论运用能量守恒和动量守恒解释康普顿效应，理论与实验符合得很好，不仅有力的验证了光子理论，而且也证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒定律。 【例题3】（2000年高考全国卷）假设在NaCl蒸气中存在由钠离子NaCl靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl分子，若取NaCl相距无限远时其电势能为零，一个NaCl分子的电势能为-6.1eV，已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子而形成钠离子Na5.1eV，使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl3.8eV。由此可算出，在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na Cl的过程中，外界供给的总能等___________eV。Cl。根据“一个NaCI分子的电势能为6.1eV”可知，此过程可吸收6.1eV的能量。②钠离子Na+吸收一个电子变成中性钠原子Na，与Na电离成Na+的过程相反，故放出能量5.1eV；Cl释放一个电子变成中性氯原子Cl，与Cl形成Cl的过程相反，故吸收3.8eV的能量。综上所述，在整个过程中，共吸收能量（6.1+3.8）eV=9.9eV，放出能量5.1eV，所以外界供给的总能量为4.8eV。 点评：将一个NaCI分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl可能并不存在上述的两个阶段，但根据能量守恒的原理，在计算能量时，完全可以设想一个便于计算的变化过程。对该题，能否清晰的设想一个转化的过程就是顺利解答的关键。 【例题4 】在核反应堆里，用石墨作减速剂，使铀核裂变所产生的快中子通过与碳核不断的碰撞而被减速。假设中子与碳核发生的是弹性正碰，且碰撞前碳核是静止的。已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的动能为E0，试求： （1）经过一次碰撞后中子的能量变为多少？ （2）若E0=1.76MeV，则经过多少次后，中子的能量才可减少到0.025eV。 【点拨解疑】按弹性正碰的规律可求出每次碰撞后中子的速度变为多少，对应的动能也就可以求解；在根据每次碰撞前后的动能之比与需要减少到0.025eV与原动能E0的比值关系，取对数求出碰撞次数（必须进位取整）。 （1）弹性正碰遵循动量守恒和能量守恒