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首页 高中物理知识 自由落体运动 动量定理 动量守恒定律 氢原子的能级 试题正文
  • 问答题
    （物理-选修3-5）：
    （1）2010年9月1日至10月31日，乐满地成功举办第五届国际花样蹦极邀请赛．如下左图所示，“蹦极”是一项勇敢者的运动，如下右图所示，某人用弹性橡皮绳拴住身体自高空P处自由下落，在空中感受失重的滋味．若此人质量为60kg，橡皮绳长20m，人可看成质点，g取10m/s2，求此人从点P处由静止下落至橡皮绳刚伸直（无伸长）时，人的动量为______．
    （2）实验室考查氢原子跃迁时的微观效应，设原来处于静止状态的大量激发态氢原子，其核外电子处于n=5的能级状态轨道．已知氢原子基态能级E1=-13.6ev，氢原子质量为mH=1.67×10-27kg．
    ①求出可能的跃迁光子种类；
    ②若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用F引=F向表示，试求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．
    魔方格

    本题信息：2011年山东模拟物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “（物理-选修3-5）：（1）2010年9月1日至10月31日，乐满地成功举办第五届国际花样蹦极邀请赛．如下左图所示，“蹦极”是一项勇敢者的运动，如下右图所示，某人用...” 主要考查您对

自由落体运动

动量定理

动量守恒定律

氢原子的能级

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  • 自由落体运动
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  • 动量守恒定律
  • 氢原子的能级

自由落体运动：
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

自由落体运动的公式：
v=gt；h=gt2；v2=2gh。

运动性质：
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

自由落体加速度：
在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度。


物体做自由落体运动的条件：

①只受重力而不受其他任何力，包括空气阻力。
②从静止开始下落。

重力加速度g：

①方向:总是竖直向下的。
②大小:g=9.8m/s2，粗略计算可取g=10m/s2
③在地球上不同的地方,g的大小不同.g随纬度的增加而增大（赤道g最小，两极g最大),g随高度的增加而减小。


知识点拨：

自由落体运动的规律：
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以，匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。


小知识--重力加速度：

①把地球当做旋转椭球，重力加速度计算公式为：g=9.7803(1+0.0052884-0.00000592)m/s2
     式中为物体所在处的地理纬度
②重力加速度还和物体离地面的高度h有关。当h远小于地球半径R时，

小知识—空气阻力：

空气阻力是物体在空气中运动时受到的阻力。空气阻力的大小与物体相对于空气的速度、物体的形状等都有很大的关系。


动量定理:

1、内容：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。
2、表达式：Ft=p'-p或Ft=mv'-mv。
3、注意：
①动量定理公式是一矢量式，运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向；
②公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力；
③动量定理的研究对象可以是单个物体，也可以是物体系统。对物体系统，只需分析系统受的外力，不必考虑系统内力；系统内力的作用不改变整个系统的总动量；
④动量定理不仅适用于恒定的力，也适用于随时间变化的力。对于变力，动量定理中的力F应当理解为变力在作用时间内的平均值。

冲量，动量与动量变化：


动量变化:

(1)动量变化的表达式：。(此式为矢量式)。
(2)的求法：
①若在同一直线上，则先规定正方向，再用正负表示然后进行代数运算求解。
②若不在同一直线上，则用平行四边形定则(或三角形定则)求矢量差。
(3)△p的方向：△p的方向与速度的变化量的方向相同。

动量和能量的综合问题的解法：

 1．动量的观点与能量的观点
(1)动量的观点：动量定理和动量守恒定律。
(2)能量的观点：动能定理和能量守恒定律。这两个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程中状态的改变，它无需对过程是怎样变化的细节进行深入的研究，而关心的是运动状态变化即改变的结果量及其引起变化的原因，简单地说，只要知道过程的始末状态动量式、动能式和力在过程中的冲量和所做的功，即可对问题求解。
2．利用动量观点和能量观点解题时应注意的问题动量定理和动量守恒定律是矢量表达式，还可写出分量表达式，而动能定理和能量守恒定律是标量表达式，绝无分量表达式。


动量守恒定律：

1、内容：一个系统不受外力或者所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。
2、表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
3、动量守恒定律成立的条件：
①系统不受外力或系统所受外力的合力为零；
②系统所受的外力的合力虽不为零，但系统外力比内力小得多，如碰撞问题中的摩擦力，爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多，可以忽略不计；
③系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统的总动量的分量保持不变。
4、动量守恒的速度具有“四性”：
①矢量性；②瞬时性；③相对性；④普适性。

动量守恒定律与机械能守恒定律的比较：





系统动量守恒的判断方法:

方法一：南动量守恒的条件判断动量守恒的步骤如下：
(1)明确系统由哪几部分组成。
(2)对系统中各物体进行受力分析，分清哪些是内力，哪些是外力。
(3)看所有外力的合力是否为零，或内力是否远大于外力，从而判断系统的动量是否守恒。
方法二：南系统动量变化情况判断动量守恒方法如下：
(1)明确初始状态系统的总动量是多少。
(2)对系统内的物体进行受力分析、运动分析，确定每一个物体的动量变化情况。
(3)确定系统动量变化情况，进而判定系统的动量是否守恒。


氢原子的能级:

1、氢原子的能级图

2、光子的发射和吸收
①原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。
②原子在始末两个能级Em和En（m>n）间跃迁时发射光子的频率为ν，其大小可由下式决定：hυ=Em-En。
③如果原子吸收一定频率的光子，原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。
④原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：。
⑤原子的能量包括电子的动能和电势能（电势能为电子和原子共有）即：原子的能量En=EKn+EPn。轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。
电子的动能：，r越小，EK越大。


氢原子的能级及相关物理量:

在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看做轨道半径为r的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有，则
①电子运动速率
②电子的动能
③电子运动周期
④电子在半径为r的轨道上所具有的电势能
⑤等效电流由以上各式可见，电子绕核运动的轨道半径越大，电子的运行速率越小，动能越小，电子运动的周期越大．在各轨道上具有的电视能越大。

原子跃迁时光谱线条数的确定方法:

1．直接跃迁与间接跃迁
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况辐射(或吸收)光子的频率可能不同。
2．一群原子和一个原子
氧原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。
3．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数
如果氢原子处于高能级，对应量子数为n，则就有可能向量子数为(n一1)，(n一2)，(n一3)…1诸能级跃迁，共可形成(n一1)条谱线，而跃迁至量子数为(n一 1)的氢原子又可向(n一2)，(n一3)…1诸能级跃迁，共可形成(n一2)条谱线。同理，还可以形成(n一3)，(n 一4)…1条谱线。将以上分析结果归纳求和，则从量子数为n对应的能级向低能级(n—1)，(n一2)…1跃迁可形成的谱线总条数为(n一1)+(n一2)+(n一3)+ …+1=n(n一1)／2。数学表示为
4．一个氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数
对于处于量子数为n的一个氢原子，它可能发生直接跃迁，只放出一个光子，也可能先跃迁到某个中间能级上，再跃迁回基态而放出两个光子，也可能逐级跃迁，即先跃迁到n一1能级上，再跃迁到n一2能级上， ……，最后回到基态上，共放出n—1个光子。即一个氢原子在发生能级跃迁时，最少放出一个光子，最多可放出n一1个光子。

利用能量守恒及氢原子能级特征解决跃迁电离等问题的方法:

在原子的跃迁及电离等过程中，总能量仍是守恒的。原子被激发时，原子的始末能级差值等于所吸收的能量，即入射光子的全部能量或者入射粒子的全部或部分能量；原子被电离时，电离能等于原子被电离前所处能级的绝对值，原子所吸收的能量等于原子电离能与电离后电离出的电子的动能之和；辐射时辐射出的光子的能量等于原子的始末能级差。氢原子的能级 F 关系为，第n能级与量子数n2成反比，导致相邻两能级间的能量差不相等，量子数n越大，相邻能级差越小，且第n能级与第n一1能级的差比第n能级与无穷远处的能级差大，即另外，能级差的大小故也可利用光子能量来判定能级差大小。


跃迁与电离:

激发的方式:


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