(江苏专版)2017高考物理二轮复习第1部分专题突破篇限时集训15碰撞与动量守恒近代物理初步

专题限时集训(十五) 碰撞与动量守恒近代物理初步(建议用时：40分钟)1．(12分)(1)下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是__________．图7A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B．天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是β射线C．由图7可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能D．由图7可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量(2)根据玻尔模型，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出__________种不同频率的光；若由n＝2能级向基态跃迁时发出的光恰好使某种金属发生光电效应，则由n＝3能级向基态跃迁时发出的光________(选填“能”或“不能”)使该金属发生光电效应．(3)如图8所示，在光滑水平面上使滑块A以2 m/s的速度向右运动，滑块B以4 m/s 的速度向左运动并与滑块A发生碰撞，已知滑块A、B的质量分别为1 kg、2 kg，滑块B的左侧连有轻弹簧．求：图8①当滑块A的速度减为0时，滑块B的速度大小；②弹簧的最大弹性势能．【解析】(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型，所以A正确；γ射线不带电，所以在磁场中不发生偏转，即B错误；裂变反应放出核能，所以C正确；聚变反应也放出核能，所以D错误．(2)由k＝C2n，可知k＝C24＝6种，ΔE1＝E2－E1＝－34E1，ΔE2＝E3－E1＝－89E1，所以ΔE2>ΔE1，即能使该金属发生光电效应．(3)①规定滑块A的速度方向为正方向，根据动量守恒定律m A v1－m B v2＝m B v3得：当滑块A的速度减为0时，滑块B的速度为v3＝－3 m/s.②当A、B速度相同时弹簧的弹性势能最大根据动量守恒定律m A v1－m B v2＝(m A＋m B)v又有能量守恒E p ＝12m A v 21＋12m B v 22－12(m A ＋m B )v 2 得最大的弹性势能E p ＝12 J.【答案】 (1)AC (2)6 能 (3)①3 m/s ②12 J2．(12分)(2016·江苏邳州高三一调)(1)一个质子以1.0×107 m/s 的速度撞入一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝核的质量是质子的27倍，硅核的质量是质子的28倍，则下列判断中正确的是__________．A ．核反应方程为2713Al ＋11H→2814SiB ．核反应方程为2713Al ＋10n→2814SiC ．硅原子核速度的数量级为107 m/s ，方向跟质子的初速度方向一致D ．硅原子核速度的数量级为105 m/s ，方向跟质子的初速度方向一致(2)某光源能发出波长为0.6 μm 的可见光，用它照射某金属能发生光电效应，产生光电子的最大初动能为0.25 eV.已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3×108m/s.(计算结果保留三位有效数字)．该可见光中每个光子的能量为__________．(单位用eV 表示)；该金属的逸出功为__________．(单位用eV 表示)．(3)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现质子．其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m 1，初速度为v 0，氮核质量为m 2，质子质量为m 0，氧核的质量为m 3，不考虑相对论效应．①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？②求此过程中释放的核能．【解析】 (1)由质量数守恒，电荷数守恒可知：核反应方程为2713Al ＋11H→2814Si ，A 项正确，B 项错误；由动量守恒可知，mv ＝28mv ′，解得v ′＝1.0×10728m/s ＝3.6×105 m/s ，故硅原子核速度的数量级约为105 m/s ，C 项错误，D 项正确．(2)光子的能量E ＝h c λ＝6.63×10－34×3×1080.6×10－6 J ＝2.07 eV. 根据光电效应方程E km ＝hν－W 0得，金属的逸出功W 0＝hν－E km ＝2.07 eV －0.25 eV ＝1.82 eV.(3)①设复核速度为v ，由动量守恒得m 1v 0＝(m 1＋m 2)v解得v ＝m 1m 1＋m 2v 0. ②整个过程中质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 0－m 3由爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2得ΔE ＝(m 1＋m 2－m 0－m 3)c 2.【答案】 (1)AD (2)2.07 eV 1.82 eV (3)①m 1m 1＋m 2v 0 ②(m 1＋m 2－m 0－m 3)c 23．(12分)(2015·江苏徐州高三考前练习)(1)下列说法正确的是__________．【导学号：25702074】A ．正负电子对碰撞过程动量不守恒B ．人工放射性同位素比天然放射性同位素半衰期长的多，因此废料不容易处理C ．实物粒子也具有波动性，每一种运动粒子都有一个对应的波相联系D ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变释放的核能(2)氢原子各个能级的能量值如图9所示，为使一处于基态的氢原子核外电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，所需的最小能量为__________eV ；大量处于量子数n ＝4的能级氢原子跃迁到n ＝2的能级跃迁时最多可以产生__________种不同频率的谱线．图9(3)已知金属钠的逸出功为2.29 eV ，现用波长为400 nm 的光照射金属钠表面，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s,1 nm＝10－9 m ，求遏止电压和金属钠的截止频率．(结果保留两位有效数字)．【解析】 (1)动量守恒定律对微观粒子仍然适用，正、负电子对碰撞过程动量仍然守恒，A 项错误；人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的短得多， 因此废料容易处理，B 项错误；任何的实物粒子都具有波粒二象性，每一种运动粒子都有一个对应的波相联系，C 项正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变释放的核能，故D 错误．(2)因为基态的氢原子能量为－13.6 eV ，则基态氢原子发生电离，吸收的能量需大于等于13.6 eV.一群处于n ＝4能级的氢原子回到n ＝2的状态过程中，可能由n ＝4跃迁到n ＝2，可能由n ＝4跃迁到n ＝3，再由n ＝3跃迁到n ＝2，知可能辐射3种不同频率的光子．(3)①根据光电效应方程：E k ＝hν－W 0＝hc λ－W 0光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据功能定理： eU ＝E k代入数据得：U ＝0.82 V.②根据逸出功W 0＝hν0得截止频率：ν0＝2.29×1.6×10－196.63×10－34 Hz≈5.5×1014Hz.【答案】(1)C (2)13.6 3 (3)0.82 V 5.5×1014 Hz4．(12分)(2016·江苏苏北四市模拟)(1)有关原子结构，下列说法正确的是__________．A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C．玻尔提出的原子模型，否定了卢瑟福的原子核式结构学说D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“枣糕模型”(2)某同学用如图10所示的装置“验证动量守恒定律”，其操作步骤如下：图10A．将操作台调为水平；B．用天平称出滑块A、B的质量m A、m B；C．用细线将滑块A、B连接，滑块A、B紧靠在操作台边缘，使A、B间的弹簧处于压缩状态；D．剪断细线，滑块A、B均做平抛运动，记录A、B滑块的落地点M、N；E．用刻度尺测出M、N距操作台边缘的水平距离x1、x2；F．用刻度尺测出操作台面距地面的高度h.①上述步骤中，多余的步骤是__________．②如果动量守恒，须满足的关系是__________(用测量量表示)．(3)如图11所示是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作：图11①用频率为ν1的光照射光电管，此时电流表中有电流．调节滑动变阻器，将触头P向__________端滑动(选填“a”或“b”)，使微安表示数恰好变为零，记下电压表示数U1.②用频率为ν2的光照射光电管，重复①中的步骤，记下电压表示数U2.已知电子的电量为e，由上述实验可知，试求普朗克常量h表达式(用上述已知量和测量量表示)．【解析】(1)玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律，A项正确；卢瑟福的α粒子散射实验说明：①原子中绝大部分是空的，②α粒子受到较大的库仑力作用，③α粒子在原子中碰到了比他质量大多得的东西，否定了汤姆孙关于原子结构的“枣糕模型”，但也不能说明原子内部存在带负电的电子，也不能解释原子的稳定性，B项错误，D 项正确；玻尔提出的原子模型，但并没有否定卢瑟福的原子核式结构学说，C 项错误．(2)取滑块A 的初速度方向为正方向，两滑块质量分别为m A 、m B ，平抛初速度分别为v 1、v 2，平抛运动的水平位移分别为x 1、x 2，平抛运动的时间为t .需要验证的方程：0＝m A v 1－m B v 2又v 1＝x 1t ，v 2＝x 2t代入得到m A x 1＝m B x 2不需要用刻度尺测出操作台面距地面的高度h ，多余的步骤是F.(3)①根据电路图，结合逸出电子受到电场阻力时，微安表示数才可能为零， 因只有K 的电势高于A 点，即触头P 向a 端滑动，才能实现微安表示数恰好变为零．②根据光电效应方程得，E k1＝hν1－W 0＝eU 1.E k2＝hν2－W 0＝eU 2联立两式解得：h ＝e U 1－U 2ν1－ν2. 【答案】 (1)AD (2)①F ②m A x 1＝m B x 2(3)①a ②e U 1－U 2ν1－ν25．(12分)(2016·江苏扬州四模)(1)以下关于近代物理内容的表述，正确的是__________．A ．宏观物体的物质波波长较长，很难观察到它的波动性B ．利用卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子的大小C ．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚之后形成的电子束D ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长(2)两个中子和一个质子能结合成一个氚核，该核反应方程式为：____________________；己知中子的质量是m 1，质子的质量是m 2，氚核的质量是m 3，光在真空的速度为c ，氚核的比结合能的表达式为__________．(3)如图12所示，两辆小车A 和B 位于光滑水平直轨道上，如图甲所示为第一次实验，B 静止，A 以0.5 m/s 的速度向右运动，与B 碰后A 以0.1 m/s 的速度弹回，B 以0.3 m/s 的速度向右运动．如图乙所示为第二次实验，B 仍静止，A 车上固定质量为1 kg 的物质后还以0.5 m/s 的速度与B 碰撞，碰后A 静止，B 以0.5 m/s 的速度向右运动．求A 、B 的质量各是多少？图12【解析】 (1)宏观物体的波长很短，很难观察到它的波动性，选项A 错误；利用卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子核的大小，选项B错误；β衰变是由原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变，选项C错误；一束光照到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率较小，即波长太长，选项D正确．(2)两个中子和一个质子能结合成一个氚核，该核反应方程式为210n＋11H→31H；由质能方程可知氚核的比结合能为E＝Δmc2＝2m1＋m2－m3c23；(3)根据动量守恒定律，第一次实验碰撞得m A v A＝－m A v A′＋m B v B′①第二次实验碰撞得(m A＋Δm)v A＝m B v B②代入数值解①②得m A＝1 kg，m B＝2 kg.【答案】(1)D (2)210n＋11H→31H 2m1＋m2－m3c23(3)1 kg 2 kg6．(12分)(2015·江苏盐城高三二模)(1)下列说法正确的是__________．【导学号：25702075】A．汤姆孙发现了电子，并提出了原子的枣糕模型B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度小D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，该元素的半衰期将增大(2)如图13所示，某光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属钠制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，普朗克常量为h，电子的电荷量为e.用频率为ν的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是______；若在光电管阳极A和阴极K 之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为__________．图13(3)1928年，德国物理学家玻特用α粒子(42He)轰击轻金属铍(94Be)时，发现有一种贯穿能力很强的中性射线，查德威克对该粒子进行研究，进而发现了新的粒子——中子．图14①请写出α 粒子轰击轻金属铍的核反应方程；②若中子以速度v 0与一质量为m N 的静止氮核发生碰撞，测得中子反向弹回的速率为v 1，氮核碰后的速率为v 2，则中子的质量m 等于多少？【解析】 (1)由物理学史知A 项正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，B 项正确；一束光照射到金属上不发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，C 项错误；放射元素的半衰期与所处的物理环境及掺入的杂质均无关，D 项错误．(2)由光电效应方程得离开金属钠表面的光电子的最大初动能为E k ＝hν－W① 又W ＝hν0② 由动能定理得光电子到达阳极的最大动能为E kmeU ＝E km －E k③ 联立①②③式得：E km ＝eU ＋hν－hν0④ 加反电压U ′，无光电子到达阳极，由动能定理得－eU ′＝0－E k⑤ 联立①②⑤式得U ′＝hν－hν0e .⑥ (3)①94Be ＋42He→12 6C ＋10n.②碰撞过程由动量守恒定律得mv 0＝－mv 1＋m N v 2解得：m ＝v 2v 0＋v 1m N .【答案】 (1)AB (2)e U ＋hν－hν0 hν－hν0e(3)①94Be ＋42He→126C ＋10n ②v 2v 0＋v 1m N。