2019年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題訓(xùn)練八 第3課時(shí) 原子物理和動(dòng)量.doc
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2019年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題訓(xùn)練八 第3課時(shí) 原子物理和動(dòng)量 1.能級(jí)和能級(jí)躍遷 (1)軌道量子化 核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng) rn=n2r1(n=1,2,3,…) (2)能量量子化 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài) En=(n=1,2,3,…) (3)吸收或輻射能量量子化 原子在兩個(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)只能吸收或發(fā)射一定頻率的光子,該光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能量差決定,即hν=Em-En. 2.原子核的衰變 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y+He X→Y+e 衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一整體射出 1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子 2H+2n→He n→H+e 衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒 3.α射線、β射線、γ射線之間的區(qū)別 名稱 α射線 β射線 γ射線 實(shí)質(zhì) 氦核流 電子流 光子 速度 約為光速的 約為光速的99% 光速 電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 貫穿能力 很弱 較強(qiáng) 最強(qiáng) 4.核反應(yīng)、核能、裂變、輕核的聚變 (1)在物理學(xué)中,原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程,稱為核反應(yīng).核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律. (2)質(zhì)能方程:一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2或ΔE=Δmc2. (3)核物理中,把重核分裂成質(zhì)量較小的核,釋放出核能的反應(yīng),稱為裂變;把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,釋放出核能的反應(yīng),稱為聚變. (4)核能的計(jì)算:①ΔE=Δmc2,其中Δm為核反應(yīng)方程中的質(zhì)量虧損;②ΔE=Δm931.5 MeV,其中質(zhì)量虧損Δm以原子質(zhì)量單位u為單位. (5)原子核的人工轉(zhuǎn)變 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為: N+He→O+H 查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為: Be+He→6C+n 約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為:Al+He→P+n,P→Si+e 5.光電效應(yīng)及其方程 (1)光電效應(yīng)的規(guī)律:入射光的頻率大于金屬的截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng);光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大,與入射光的強(qiáng)度無關(guān);光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比;光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的,一般不大于10-9 s. (2)光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0. 6.動(dòng)量守恒定律 (1)表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′; 或p=p′(系統(tǒng)相互作用前的總動(dòng)量p等于系統(tǒng)相互作用后的總動(dòng)量p′); 或Δp=0(系統(tǒng)總動(dòng)量的增量為零); 或Δp1=-Δp2(相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng),兩物體動(dòng)量的增量大小相等、方向相反). (2)動(dòng)量守恒定律的適用條件 ①系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)雖受外力但所受外力的合力為零. ②系統(tǒng)所受合力不為零,但在某一方向上系統(tǒng)所受外力的合力為零,則在該方向上系統(tǒng)動(dòng)量守恒. ③系統(tǒng)雖受外力,但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力且作用時(shí)間極短,如碰撞、爆炸過程. 7.彈性碰撞與非彈性碰撞 碰撞過程遵從動(dòng)量守恒定律.如果碰撞過程中機(jī)械能守恒,這樣的碰撞叫做彈性碰撞;如果碰撞過程中機(jī)械能不守恒,這樣的碰撞叫做非彈性碰撞. 8.碰撞問題同時(shí)遵守的三條原則 (1)系統(tǒng)動(dòng)量守恒原則 (2)物理情景可行性原則 (3)不違背能量守恒原則 碰撞過程滿足Ek≥Ek′ 即m1v+m2v≥m1v1′2+m2v2′2或+≥+ 1.在書寫核反應(yīng)方程時(shí),一般先滿足質(zhì)量數(shù)守恒,后滿足電荷數(shù)守恒. 2.在處理粒子的碰撞和衰變問題時(shí),通常應(yīng)用動(dòng)量守恒定律、質(zhì)能方程和能量守恒定律綜合分析. 考向1 原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、核反應(yīng)與動(dòng)量的組合 例1 (1)下列說法正確的是________. A.玻爾原子理論不僅能解釋氫原子光譜,而且也能解釋其他原子光譜 B.法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象,說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu) C.U的半衰期約為7億年,隨著地球環(huán)境的不斷變化,半衰期可能變短 D.處于n=3激發(fā)態(tài)的一群氫原子,自發(fā)躍遷時(shí)能發(fā)出3種不同頻率的光子 (2)速度為v0的中子n擊中靜止的氮核N,生成碳核C和另一種新原子核,已知C與新核的速度方向與碰撞前中子的速度方向一致,碰后C核與新核的動(dòng)量之比為2∶1. ①寫出核反應(yīng)方程. ②求C與新核的速度各是多大? 解析 (2)②設(shè)n、C、新核質(zhì)量分別為m0、m1和m2,碰后C、新核速度分別為v1、v2. 由動(dòng)量守恒得m0v0=m1v1+m2v2 又m1v1=2m2v2 聯(lián)立求得:v1=,v2= 答案 (1)BD (2)①N+n→C+H ② 以題說法 1.核反應(yīng)方程的書寫 (1)核反應(yīng)過程一般不可逆,所以核反應(yīng)方程中用“→”表示方向而不能用等號(hào)代替. (2)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒,但核反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能. (3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程. 2.原子核的衰變 (1)衰變實(shí)質(zhì):α衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并射出;β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,再將電子射出;γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生,不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)與電荷數(shù),以光子形式釋放出衰變過程中產(chǎn)生的能量. (2)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān);半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)個(gè)別、少數(shù)原子無意義. (1)自然界中的碳主要是12C,也有少量14C.14C是具有放射性的碳同位素,能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變變成氮,其衰變的方程為____________________________.活的植物通過光合作用與呼吸作用,體內(nèi)的14C的比例與大氣中相同,植物死后,遺體內(nèi)的14C仍在衰變,但不能得到補(bǔ)充,所以遺體內(nèi)的14C的比例比大氣中的少.要推斷一塊古木的年代,可從古木中取1 g的樣品,如果測(cè)得樣品每分鐘衰變的次數(shù)正好是1 g現(xiàn)代植物每分鐘衰變次數(shù)的一半,表明這塊古木經(jīng)過了14C的________個(gè)半衰期. 圖1 (2)如圖1所示,一個(gè)平板車的質(zhì)量為M=68 kg(包含車上的卸貨人),其上有質(zhì)量均為m=14 kg的貨物8袋.開始時(shí)平板車水平向右以速度v0=5 m/s在水平光滑的軌道上勻速運(yùn)動(dòng),平板車上的卸貨人以速度v=10 m/s(相對(duì)水平地面)水平向右一次一袋把貨物拋出,當(dāng)平板車反向向左開始運(yùn)動(dòng)后,卸貨人不再拋出貨物.求卸貨人向右拋出貨物的袋數(shù)和平板車的最終速度. 答案 (1)C→N+e 1 (2)7 m/s,方向向左 解析 (1)衰變的方程為C→N+e.放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間叫半衰期,要推斷一塊古木的年代,可從古木中取1 g的樣品,如果測(cè)得樣品每分鐘衰變的次數(shù)正好是1 g現(xiàn)代植物每分鐘衰變次數(shù)的一半,表明這塊古木經(jīng)過了14C的1個(gè)半衰期. (2)設(shè)平板車上貨物的總袋數(shù)為N,當(dāng)?shù)趎袋向右水平拋出時(shí),平板車開始反向向左運(yùn)動(dòng),此時(shí)平板車速度為vn,取向右為正方向, 由動(dòng)量守恒定律得: (M+Nm)v0=nmv+[M+(N-n)m]vn 解得:vn=, 要使平板車反向向左運(yùn)動(dòng),有vn≤0 則n≥,解得n≥6.4, 因?yàn)閚應(yīng)為整數(shù),故n=7. 所以當(dāng)?shù)?袋貨物水平向右拋出時(shí),平板車開始反向向左運(yùn)動(dòng), 此時(shí)vn=- m/s,負(fù)號(hào)表示速度方向向左. 考向2 原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、能級(jí)與動(dòng)量的組合 例2 (1)下列說法中正確的是________. A.電子的衍射現(xiàn)象說明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 B.裂變物質(zhì)體積小于臨界體積時(shí),鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能進(jìn)行 C.原子核內(nèi)部一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一個(gè)中子時(shí),會(huì)同時(shí)釋放出一個(gè)電子 D.235U的半衰期約為7億年,隨地球環(huán)境的變化,半衰期可能變短 圖2 (2)氫原子的能級(jí)如圖2所示.有一群處于n=4能級(jí)的氫原子,若原子從n=4向n=2躍遷時(shí)所發(fā)出的光正好使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),則: ①這群氫原子發(fā)出的光中共有________種頻率的光能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng); ②從n=4向n=1躍遷時(shí)發(fā)出的光照射該金屬,所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為________ eV. 圖3 (3)如圖3所示,質(zhì)量為2m的小滑塊P和質(zhì)量為m的小滑塊Q都視作質(zhì)點(diǎn),與輕質(zhì)彈簧相連的Q靜止在光滑水平面上.P以某一初速度v向Q運(yùn)動(dòng)并與彈簧發(fā)生碰撞,問: ①?gòu)椈傻膹椥詣?shì)能最大時(shí),P、Q的速度各為多大? ②彈簧的最大彈性勢(shì)能是多少? 解析 (2)一群處于n=4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),因?yàn)閚=4向n=2躍遷所發(fā)生的光正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應(yīng),所以只有n=4躍遷到n=1,n=4躍遷到n=2,n=3躍遷到n=1,n=2躍遷到n=1的光子能夠使金屬發(fā)生光電效應(yīng),即4種.逸出功W=-0.85 eV+3.40 eV=2.55 eV,從而n=4躍遷到n=1輻射的光子能量最大,為-0.85 eV+13.6 eV=12.75 eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程知,光電子的最大初動(dòng)能Ekm=hγ-W0=12.75 eV-2.55 eV=10.2 eV. (3)①當(dāng)彈簧的彈性勢(shì)能最大時(shí),P、Q速度相等 2mv+0=(2m+m)v1 解得v1=v ②最大彈性勢(shì)能Emax=2mv2-3mv=mv2 答案 (1)AB (2)①4?、?0.2 (3)①均為v ②mv2 以題說法 關(guān)于原子躍遷要注意以下四個(gè)方面: (1)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí),可能輻射的光譜條數(shù)N=. (2)只有光子能量恰好等于躍遷所需的能量(hν=Em-En)時(shí),光子才被吸收. (3)“直接躍遷”只能對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)差,發(fā)射一種頻率的光子.“間接躍遷”能對(duì)應(yīng)多個(gè)能級(jí)差,發(fā)射多種頻率的光子. (4)入射光子能量大于電離能(hν=E∞-En)時(shí),光子一定能被原子吸收并使之電離,剩余能量為自由電子的動(dòng)能. (xx山東39)(1)氫原子能級(jí)如圖4所示,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656 nm.以下判斷正確的是________(雙選,填正確答案標(biāo)號(hào)). 圖4 a.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656 nm b.用波長(zhǎng)為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí) c.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線 d.用波長(zhǎng)為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí) (2)如圖5所示,光滑水平直軌道上兩滑塊A、B用橡皮筋連接,A的質(zhì)量為m.開始時(shí)橡皮筋松弛,B靜止,給A向左的初速度v0.一段時(shí)間后,B與A同向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞并粘在一起,碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的兩倍,也是碰撞前瞬間B的速度的一半.求: 圖5 (ⅰ)B的質(zhì)量; (ⅱ)碰撞過程中A、B系統(tǒng)機(jī)械能的損失. 答案 (1)cd (2)(ⅰ) (ⅱ)mv 解析 (1)能級(jí)間躍遷輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差,能級(jí)差越大,輻射的光子頻率越大,波長(zhǎng)越小,a錯(cuò)誤;由Em-En=hν可知,b錯(cuò)誤,d正確;根據(jù)C=3可知,輻射的光子頻率最多3種,c正確. (2)(ⅰ)以初速度v0的方向?yàn)檎较?,設(shè)B的質(zhì)量為mB,A、B碰撞后的共同速度為v,由題意知:碰撞前瞬間A的速度為,碰撞前瞬間B的速度為2v,由動(dòng)量守恒定律得m+2mBv=(m+mB)v① 由①式得mB=② (ⅱ)從開始到碰撞后的全過程,由動(dòng)量守恒定律得 mv0=(m+mB)v③ 設(shè)碰撞過程A、B系統(tǒng)機(jī)械能的損失為ΔE,則 ΔE=m()2+mB(2v)2-(m+mB)v2④ 聯(lián)立②③④式得ΔE=mv 考向3 原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、光電效應(yīng)與動(dòng)量的組合 例3 (1)下列說法正確的是( ) A.玻爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域,提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 B.原子核發(fā)生α衰變時(shí),新核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量 C.氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)氫原子的能量減少 D.在原子核中,比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固 (2)如圖6所示為研究光電效應(yīng)的電路圖,對(duì)某金屬用紫外線照射時(shí),電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片向右移動(dòng)的過程中,電流表的示數(shù)不可能________(選填“減小”、“增大”).如果改用頻率略低的紫光照射,電流表______(選填“一定”、“可能”或“一定沒”)有示數(shù). 圖6 (3)在光滑水平面上,一個(gè)質(zhì)量為m、速度為v的A球,與質(zhì)量也為m的另一靜止的B球發(fā)生正碰,若它們發(fā)生的是彈性碰撞,碰撞后B球的速度是多少?若碰撞后結(jié)合在一起,共同速度是多少? 解析 (1)因有質(zhì)量虧損,新核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量,B錯(cuò)誤;在原子核中,比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固,所以D錯(cuò)誤.選A、C. (2)滑片向右滑動(dòng),A、K間的正向電壓增大,到達(dá)A上電子的個(gè)數(shù)增多或不變,所以電流增大或不變,不可能減小;因不確定金屬的截止頻率與紫光頻率的大小關(guān)系,故紫光照射,可能會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),所以電流表可能有示數(shù). (3)設(shè)A、B球碰后的速度分別為v1、v2, 根據(jù)動(dòng)量守恒mv=mv1+mv2, 因是彈性碰撞,故mv2=mv+mv, 聯(lián)立解得v1=0,v2=v; 若碰撞后結(jié)合在一起,mv=2mv′, v′=v. 答案 (1)AC (2)減小 可能 (3)v 以題說法 處理光電效應(yīng)問題的兩條線索 一是光的頻率,二是光的強(qiáng)度,兩條線索對(duì)應(yīng)的關(guān)系是: 1.光強(qiáng)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大. 2.光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大. (xx江蘇12C)(1)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng),比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的________. A.波長(zhǎng) B.頻率 C.能量 D.動(dòng)量 (2)氡222是一種天然放射性氣體,被吸入后,會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷.它是世界衛(wèi)生組織分布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一.其衰變方程是Rn→Po+________.已知Rn的半衰期約為3.8天,則約經(jīng)過______天,16 g的Rn衰變后還剩1 g. (3)牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中記載,A、B兩個(gè)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(duì)A的速度,接近速度是指碰撞前A對(duì)B的速度.若上述過程是質(zhì)量為2m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(duì)心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小. 答案 (1)A (2)He 15.2 (3)v0 v0 解析 (1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0.由題知W鈣>W鉀,所以鈣逸出的光電子的最大初動(dòng)能較?。鶕?jù)p=及p=和c=λν知,鈣逸出的光電子的特點(diǎn)是:動(dòng)量較小、波長(zhǎng)較長(zhǎng)、頻率較?。x項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤. (2)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得衰變方程為Ra→Po+He.根據(jù)衰變規(guī)律m=m0(),代入數(shù)據(jù)解得t=15.2天. (3)設(shè)A、B球碰撞后速度分別為v1和v2 由動(dòng)量守恒定律知:2mv0=2mv1+mv2, 且由題意知= 解得v1=v0,v2=v0 考向4 動(dòng)量和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用 例4 (xx廣東35)如圖7所示的水平軌道中,AC段的中點(diǎn)B的正上方有一探測(cè)器,C處有一豎直擋板,物體P1沿軌道向右以速度v1與靜止在A點(diǎn)的物體P2碰撞,并接合成復(fù)合體P,以此碰撞時(shí)刻為計(jì)時(shí)零點(diǎn),探測(cè)器只在t1=2 s至t2=4 s內(nèi)工作.已知P1、P2的質(zhì)量都為m=1 kg,P與AC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1,AB段長(zhǎng)L=4 m,g取10 m/s2,P1、P2和P均視為質(zhì)點(diǎn),P與擋板的碰撞為彈性碰撞. 圖7 (1)若v1=6 m/s,求P1、P2碰后瞬間的速度大小v和碰撞損失的動(dòng)能ΔE; (2)若P與擋板碰后,能在探測(cè)器的工作時(shí)間內(nèi)通過B點(diǎn),求v1的取值范圍和P向左經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的最大動(dòng)能E. 解析 (1)設(shè)P1和P2發(fā)生彈性碰撞后速度為v2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有:mv1=2mv2① 解得:v2==3 m/s 碰撞過程中損失的動(dòng)能為:ΔEk=mv-2mv② 解得ΔEk=9 J (2)P滑動(dòng)過程中,由牛頓第二定律知 2ma=-2μmg③ 可以把P從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)再返回B點(diǎn)的全過程看作勻減速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有3L=v2t+at2④ 由①③④式得v1= ①若2 s時(shí)通過B點(diǎn),解得:v1=14 m/s ②若4 s時(shí)通過B點(diǎn),解得:v1=10 m/s 故v1的取值范圍為:10 m/s≤v1≤14 m/s 設(shè)向左經(jīng)過A點(diǎn)的速度為vA,由動(dòng)能定理知 2mv-2mv=-μ2mg4L 當(dāng)v2=v1=7 m/s時(shí),復(fù)合體向左通過A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大,EkAmax=17 J. 答案 (1)3 m/s 9 J (2)10 m/s≤v1≤14 m/s 17 J 以題說法 利用動(dòng)量和能量的觀點(diǎn)解題的技巧 1.若研究對(duì)象為一個(gè)系統(tǒng),應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律. 2.動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律都只考查一個(gè)物理過程的始末兩個(gè)狀態(tài),對(duì)過程的細(xì)節(jié)不予追究. 3.注意挖掘隱含條件,根據(jù)選取的對(duì)象和過程判斷動(dòng)量和能量是否守恒. (1)下列說法正確的是________. A.光子不但具有能量,也具有動(dòng)量 B.玻爾認(rèn)為,氫原子中電子軌道是量子化的,能量也是量子化的 C.將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解,會(huì)改變放射性元素的半衰期 D.原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和,這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損 E.質(zhì)量數(shù)大的原子核,其比結(jié)合能不一定大 (2)如圖8所示,光滑水平面上靜止著一輛質(zhì)量為3m的平板車A.車上有兩個(gè)小滑塊B和C(都可視為質(zhì)點(diǎn)),B的質(zhì)量為m,與車板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2μ.C的質(zhì)量為2m,與車板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.t=0時(shí)刻B、C分別從車板的左、右兩端同時(shí)以初速度v0和2v0相向滑上小車.在以后的運(yùn)動(dòng)過程中B與C恰好沒有相碰.已知重力加速度為g,設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等.求: 圖8 ①平板車的最大速度v和達(dá)到最大速度經(jīng)歷的時(shí)間t; ②平板車平板總長(zhǎng)度L. 答案 (1)ABE (2)①v0 ② 解析 (2)①起始到三者共速過程中,A、B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒,以水平向左為正方向 2m2v0-mv0=6mv 起始到三者共速過程是C做勻減速運(yùn)動(dòng)的過程: Ff=2ma Ff=2μmg v=2v0-at 綜上有:v=v0,t= ②起始到三者共速過程中,B相對(duì)A向右勻減速到速度為零后與A一起向左勻加速,C相對(duì)A向左勻減速,B和C對(duì)A的滑動(dòng)摩擦力大小均為Ff=2μmg, 由能量守恒有 mv+2m(2v0)2=FfL+6mv2 綜上有:L= (限時(shí):45分鐘) 題組1 核反應(yīng)與動(dòng)量的組合 1.(1)一個(gè)鋰核(Li)受到一個(gè)質(zhì)子(H)轟擊變?yōu)?個(gè)α粒子(He).已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.672 610-27 kg,鋰原子的質(zhì)量為11.650 510-27 kg,一個(gè)α原子的質(zhì)量為6.646 710-27 kg.寫出該核反應(yīng)方程____________________,該核反應(yīng)釋放的核能是________ J.(真空中光速c=3.0108 m/s) (2)如圖1所示,水平冰面的同一直線上有三個(gè)木箱A、B、C,質(zhì)量均為60 kg.一質(zhì)量為30 kg的猴子停在A上,與A一起以3 m/s的速度向右滑向靜止的木箱B、C,在接近B時(shí),猴子以6 m/s的水平對(duì)地速度跳上木箱B,接近木箱C時(shí)再以6 m/s的水平對(duì)地速度跳上木箱C,最終與C一起運(yùn)動(dòng),若木箱在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生碰撞,且碰撞后不再分開,求木箱A、B、C最終運(yùn)動(dòng)的速度. 圖1 答案 (1)Li+H→2He 2.67310-12 (2)見解析 解析 (2)猴子跳離木箱A過程動(dòng)量守恒,跳離后木箱速度為vA1, (M+m)v0=mv+MvA1 解得vA1=1.5 m/s 猴子跳上木箱B后再跳離木箱B,B和猴子組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒:mv=mv+MvB1 解得vB1=0 A木箱將追上B木箱發(fā)生正碰,A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,碰后速度為vAB, MvA1=2MvAB 解得vAB=0.75 m/s,方向水平向右 猴子跳上C過程動(dòng)量守恒:mv=(m+M)vC 解得vC=2 m/s,方向水平向右 2.(1)2011年3月11日本福島核電站發(fā)生核泄漏事故,其中銫137(Cs)對(duì)核輻射的影響最大,其半衰期約為30年. ①請(qǐng)寫出銫137(Cs)發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程____________________.[已知53號(hào)元素是碘(I),56號(hào)元素是鋇(Ba)] ②若在該反應(yīng)過程中釋放的核能為E,則該反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為________(真空中的光速為c). ③泄露出的銫137約要到公元________年才會(huì)有87.5%的原子核發(fā)生衰變. (2)如圖2所示,兩小車A、B置于光滑水平面上,質(zhì)量分別為m和2m,一輕質(zhì)彈簧兩端分別固定在兩小車上,開始時(shí)彈簧處于拉伸狀態(tài),用手固定兩小車.現(xiàn)在先釋放小車B,當(dāng)小車B的速度大小為3v時(shí),再釋放小車A,此時(shí)彈簧仍處于拉伸狀態(tài);當(dāng)小車A的速度大小為v時(shí),彈簧剛好恢復(fù)原長(zhǎng).自始至終彈簧都未超出彈性限度.求: 圖2 ①?gòu)椈蓜偦謴?fù)原長(zhǎng)時(shí),小車B的速度大小; ②兩小車相距最近時(shí),小車A的速度大?。? 答案 (1)①Cs→Ba+e ②?、?101 (2)①3.5v?、?v 解析 (2)①?gòu)尼尫判≤嘇到彈簧剛恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),由動(dòng)量守恒定律: 2m3v=2mvB-mv 解得vB=3.5v ②兩小車相距最近時(shí)速度相同,由動(dòng)量守恒定律: 2m3v=(2m+m)vA 解得vA=2v 題組2 原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、能級(jí)與動(dòng)量的組合 3.(1)如圖3所示為氫原子的能級(jí)圖,已知可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11 eV,鎂板的電子逸出功為5.9 eV,以下說法正確的是( ) 圖3 A.用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射的光照射鎂板一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 B.用能量為11.0 eV的自由電子轟擊處于基態(tài)的氫原子,可使其躍遷到激發(fā)態(tài) C.處于n=2能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并且使氫原子電離 D.處于n=4能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并且使氫原子電離 (2)如圖4所示,在光滑的水平面上靜止著一個(gè)質(zhì)量為4m的木板B,B的左端靜止著一個(gè)質(zhì)量為2m的物塊A,已知A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,現(xiàn)有質(zhì)量為m的小球以水平速度v0飛來與A物塊碰撞后立即以大小為的速率彈回,在整個(gè)過程中物塊A始終未滑離木板B,且物塊A可視為質(zhì)點(diǎn),求: 圖4 ①物塊A相對(duì)B靜止后的速度; ②木板B至少多長(zhǎng)? 答案 (1)BD (2)①v0?、? 解析 (2)①設(shè)小球m與物塊A碰撞后A的速度為v1,設(shè)v0的方向?yàn)檎较?,由?dòng)量守恒定律得: mv0=-+2mv1 設(shè)物塊A與木板B共同的速度為v2,由動(dòng)量守恒定律 2mv1=(2m+4m)v2 聯(lián)立解得v1=v0,v2=v0 ②設(shè)A在B上滑過的距離為L(zhǎng),由能量守恒定律得: 2μmgL=2mv-(2m+4m)v 解得 4.(1)氫原子輻射出一個(gè)光子之后,根據(jù)玻爾理論,下面敘述正確的是________. A.原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí) B.電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑減小 C.電子繞核運(yùn)動(dòng)的周期不變 D.原子的電勢(shì)能減小 E.電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小 (2)如圖5所示,在光滑的水平面上,靜止的物體B側(cè)面固定一個(gè)輕彈簧,物體A以速度v0沿水平方向向右運(yùn)動(dòng),通過彈簧與物體B發(fā)生作用,兩物體的質(zhì)量均為m. 圖5 ①求它們相互作用過程中彈簧獲得的最大彈性勢(shì)能Ep; ②若B的質(zhì)量變?yōu)?m,再使物體A以同樣的速度通過彈簧與靜止的物體B發(fā)生作用,求當(dāng)彈簧獲得的彈性勢(shì)能也為Ep時(shí),物體A的速度大小. 答案 (1)ABD (2)①mv?、趘0或0 解析 (2)①當(dāng)A、B速度相同時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能最大. 則mv0=2mv mv=2mv2+Ep 解得Ep=mv ②當(dāng)B的質(zhì)量為2m時(shí),設(shè)A、B的速度分別為v1、v2,有 mv0=mv1+2mv2 mv=mv+2mv+Ep 解得v1=v0或v1=0. 當(dāng)v1=v0時(shí),v2=v0,運(yùn)動(dòng)方向水平向右,符合條件; 當(dāng)v1=0時(shí),v2=v0,運(yùn)動(dòng)方向水平向右,也符合條件. 題組3 原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、光電效應(yīng)與動(dòng)量的組合 5.(1)如圖6所示,電路中所有元件完好,當(dāng)光照射到光電管上時(shí),靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,可能的原因是________. 圖6 A.入射光強(qiáng)度較弱 B.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C.光照射時(shí)間太短 D.電源正負(fù)極接反 (2)如圖7為實(shí)驗(yàn)室常用的氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒的裝置.兩帶有等寬遮光條的滑塊A和B,質(zhì)量分別為mA、mB,在A、B間用細(xì)線水平壓住一輕彈簧,將其置于氣墊導(dǎo)軌上,調(diào)節(jié)導(dǎo)軌使其能實(shí)現(xiàn)自由靜止,這是表明________________________,燒斷細(xì)線,滑塊A、B被彈簧彈開,光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時(shí)間分別為tA和tB,若有關(guān)系式______________________,則說明該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒. 圖7 (3)P是人類首先制造出的放射性同位素,其半衰期為2.5 min,能衰變?yōu)镾i和一個(gè)未知粒子. ①寫出該衰變的方程; ②已知容器中原有純P的質(zhì)量為m,求5 min后容器中剩余P的質(zhì)量. 答案 (1)BD (2)氣墊導(dǎo)軌水平?。交颍? (3)①P→Si+e?、? 解析 (1)靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,可能是未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,即入射光的頻率小于金屬的截止頻率,與光照強(qiáng)度無關(guān),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;與入射光的照射時(shí)間無關(guān),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;還可能是由于電源正負(fù)極接反,即電場(chǎng)反向?qū)е?,故選項(xiàng)D正確. (2)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上能自由靜止,說明氣墊導(dǎo)軌水平,因?yàn)榛瑝K在氣墊導(dǎo)軌上所受阻力忽略不計(jì),認(rèn)為是零,若上述過程A、B系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則有:mAvA=mBvB,又由于兩遮光條等寬,則=或-=0. (3)①根據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知該衰變的方程為: P→Si+e ②5 min后容器中剩余P的質(zhì)量為: m′=()m=()2m=. 6.(1)如圖8所示,與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔原來是張開的,現(xiàn)在讓弧光燈發(fā)出的光照射到鋅板,發(fā)現(xiàn)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變大,此實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明________. 圖8 A.光具有波動(dòng)性 B.光具有粒子性 C.鋁箔張角大小與光照時(shí)間無關(guān) D.若改用激光器發(fā)出的紅光照射鋅板,觀察到驗(yàn)電器的鋁箔張角則一定會(huì)變得更大 E.驗(yàn)電器的鋁箔原來帶正電 (2)如圖9所示,長(zhǎng)度為L(zhǎng)的長(zhǎng)木板A右邊固定著一個(gè)擋板,包括擋板在內(nèi)的總質(zhì)量為M,靜止在光滑的水平地面上.小木塊B質(zhì)量為m,從A的左端開始以初速度v0在A上滑動(dòng),滑到右端與擋板發(fā)生碰撞,已知碰撞過程時(shí)間極短,碰后木塊B恰好滑到A的左端就停止滑動(dòng).則: 圖9 ①判斷在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,A和B是否有可能在某一段時(shí)間里運(yùn)動(dòng)方向是向左的; ②求B與A間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ. 答案 見解析 解析 (1)光電效應(yīng)說明光具有粒子性,A錯(cuò)誤,B正確;在發(fā)生光電效應(yīng)的頻率不變的條件下,發(fā)射的光電子數(shù)與光照強(qiáng)度有關(guān),與光照時(shí)間無關(guān),C正確;若改用激光器發(fā)出的紅光照射鋅板,觀察到驗(yàn)電器的鋁箔張角會(huì)變小,D錯(cuò)誤;鋅板因光電效應(yīng)失去電子而帶正電,所以驗(yàn)電器的鋁箔原來帶正電,E正確. (2)①A在運(yùn)動(dòng)過程中不可能向左運(yùn)動(dòng),B在與木板A的擋板碰撞時(shí),若B的質(zhì)量比較小,碰后B的速度有可能反向,即向左運(yùn)動(dòng). ②系統(tǒng)動(dòng)量守恒:mv0=(m+M)v 對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用能量守恒定律得: 2μmgL=mv-(m+M)v2 聯(lián)立解得μ=v 題組4 動(dòng)量和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用 7.(xx新課標(biāo)Ⅰ35)(1)關(guān)于天然放射性,下列說法正確的是________. A.所有元素都可能發(fā)生衰變 B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān) C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性 D.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng) E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線 圖10 (2)如圖10所示,質(zhì)量分別為mA、mB的兩個(gè)彈性小球A、B靜止在地面上方,B球距地面的高度h=0.8 m,A球在B球的正上方.先將B球釋放,經(jīng)過一段時(shí)間后再將A球釋放.當(dāng)A球下落t=0.3 s 時(shí),剛好與B球在地面上方的P點(diǎn)處相碰.碰撞時(shí)間極短,碰后瞬間A球的速度恰為零.已知mB=3mA,重力加速度大小g=10 m/s2,忽略空氣阻力及碰撞中的動(dòng)能損失.求: (ⅰ)B球第一次到達(dá)地面時(shí)的速度; (ⅱ)P點(diǎn)距離地面的高度. 答案 (1)BCD (2)(ⅰ)4 m/s (ⅱ)0.75 m 解析 (1)自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān),與其他因素?zé)o關(guān),選項(xiàng)B、C正確;α、β和γ三種射線電離能力依次減弱,穿透能力依次增強(qiáng),選項(xiàng)D正確;原子核發(fā)生衰變時(shí),不能同時(shí)發(fā)生α和β衰變,γ射線伴隨這兩種衰變產(chǎn)生,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤. (2)(ⅰ)設(shè)B球第一次到達(dá)地面時(shí)的速度大小為vB,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 vB=① 將h=0.8 m代入上式,得 vB=4 m/s② (ⅱ)設(shè)兩球相碰前后,A球的速度大小分別為v1和v1′(v1′=0),B球的速度分別為v2和v2′.由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知 v1=gt③ 由于碰撞時(shí)間極短,重力的作用可以忽略,兩球相碰前后的動(dòng)量守恒,總動(dòng)能保持不變.規(guī)定豎直向下的方向?yàn)檎? mAv1+mBv2=mBv2′④ mAv+mBv=mBv2′2⑤ 設(shè)B球與地面相碰后的速度大小為vB′,由運(yùn)動(dòng)學(xué)及碰撞的規(guī)律可得 vB′=vB⑥ 設(shè)P點(diǎn)距地面的高度為h′,由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知 h′=⑦ 聯(lián)立②③④⑤⑥⑦式,并代入已知條件可得 h′=0.75 m 8.(xx山西第三次四校聯(lián)考)(1)下列說法中正確的是________. A.β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分 B.目前已建成的核電站的能量來自于重核裂變 C.一個(gè)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),能輻射3種不同頻率的光子 D.盧瑟福依據(jù)極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 E.按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí),電子的動(dòng)能減小,原子總能量增大 (2)如圖11所示,在光滑水平地面上有一質(zhì)量為2m的長(zhǎng)木板,其左端放有一質(zhì)量為m的重物(可視為質(zhì)點(diǎn)),重物與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.開始時(shí),長(zhǎng)木板和重物都靜止,現(xiàn)在使重物以初速度v0開始運(yùn)動(dòng),設(shè)長(zhǎng)木板撞到前方固定的障礙物前,長(zhǎng)木板和重物的速度已經(jīng)相等.已知長(zhǎng)木板與障礙物發(fā)生彈性碰撞,為使重物始終不從長(zhǎng)木板上掉下來,求長(zhǎng)木板的長(zhǎng)度l至少為多少?(重力加速度為g) 圖11 答案 (1)BDE (2) 解析 (1)β衰變現(xiàn)象不能說明電子是原子核的組成部分,A錯(cuò)誤;一群氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),能輻射3種不同頻率的光子,而一個(gè)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),只能輻射3種可能頻率的光子中的一種,C錯(cuò)誤. (2)設(shè)碰撞前,長(zhǎng)木板和重物的共同速度為v1 由動(dòng)量守恒定律得:mv0=3mv1 碰撞后瞬間,長(zhǎng)木板以v1反彈,最終兩者的共同速度為v2 由動(dòng)量守恒定律得:2mv1-mv1=3mv2 對(duì)全過程由功能關(guān)系得:μmgl=mv-mv 解得l=.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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