第3講 原子物理和動量1(2016·陜西質檢二)(1)U是一種天然放射性元素，能發(fā)生一系列衰變，衰變過程如圖所示請寫出兩過程的衰變方程：_BiPo_0_1e_；_BiTIHe_.(2)如圖所示，光滑水平面上有質量均為2m的木塊A、B，A靜止，B以速度水平向左運動，質量為m的子彈以水平向右的速度v0射入木塊A，穿出A后，又射入木塊B而未穿出，A、B最終以相同的速度向右運動若B與A始終未相碰，求子彈穿出A時的速度解析：(1)由質量守恒和電荷數(shù)守恒可知，反應的方程式分別為BiPoe；BiTIHe(2)以子彈、木塊A組成的系統(tǒng)為研究對象，由動量守恒定律得mv02mvAmv以子彈及木塊A、B組成的系統(tǒng)為研究對象，由動量守恒定律得mv0m×5mvA解得vv0答案：(2)v02(2016·江西五校聯(lián)考)(1)氫彈的工作原理是利用氫核聚變放出巨大能量在某次聚變中，一個氘核與一個氚核結合成一個氦核，已知氘核的比結合能是1.09 MeV；氚核的比結合能是2.78 MeV；氦核的比結合能是7.03 MeV.則氫核聚變的方程是_HHHen_；一次氫核聚變釋放出的能量是_17.6_MeV.(2)如圖所示，質量均為m的小車和木箱緊挨著靜止在光滑的水平冰面上，質量為2m的小孩站在小車上用力向右迅速推出木箱，木箱相對于冰面運動的速度為v，木箱運動到右側墻壁時與豎直墻壁發(fā)生彈性碰撞，反彈后能被小孩接住，求：小孩接住箱子后共同速度的大?。蝗粜『⒔幼∠渥雍笤俅我韵鄬τ诒娴乃俣葀將木箱向右推出，木箱仍與豎直墻壁發(fā)生彈性碰撞，判斷小孩能否再次接住木箱解析：(1)由核反應過程中，質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可得HHHen；由能量守恒定律可知，該聚變釋放出的能量為EE2E17.03×4 MeV(2.78×31.09×2) MeV17.6 MeV.(2)取向左為正方向，根據(jù)動量守恒定律推出木箱的過程中0(m2m)v1mv接住木箱的過程中mv(m2m)v1(mm2m)v2v2若小孩第二次將木箱推出，根據(jù)動量守恒定律4mv23mv3mv，v3v.故無法再次接住木箱答案：(2)無法再次接住木箱3(2016·江蘇蘇州調研)(1)下列說法中正確的是B C(填寫選項前的字母)A黑體輻射規(guī)律表明，當溫度升高時，有的波長對應的輻射強度增強，有的波長對應的輻射強度減弱B氫原子從較低能級躍遷到較高能級時，電勢能增大CTh經(jīng)過6次衰變和4次衰變后，成為原子核PbD用綠光或紫光照射某金屬發(fā)生光電效應時，逸出光電子的最大初動能可能相等(2)已知質子的質量為m1，中子的質量為m2，碳核(C)的質量為m3，則碳核(C)的結合能為_(6m16m2m3)c2_，比結合能為(6m16m2m3)c2.(3)如圖所示，在水平光滑直導軌上，靜止著三個質量均為m1 kg的相同小球A、B、C現(xiàn)讓A球以v02 m/s的速度向B球運動，A、B兩球碰撞后粘合在一起，兩球繼續(xù)向右運動并跟C球碰撞，碰后C球的速度vC1 m/s.求：A、B兩球碰撞后瞬間的共同速度；兩次碰撞過程中損失的總動能解析：(1)根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律知，當溫度升高時，所有波長對應的輻射強度增強，選項A錯誤；氫原子從較低能級躍遷到較高能級時，電子的軌道半徑增大，電場力做負功，電勢能增大，選項B正確；根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，Th經(jīng)過6次衰變和4次衰變后質量為2326×4208，電荷數(shù)為906×24×182，即變成為原子核Pb，選項C正確；根據(jù)光電效應方程EkhvW知，入射光的頻率越大，光電子的最大初動能越大，紫光的頻率較大，故紫光照射某金屬發(fā)生光電效應時，逸出光電子的最大初動能較大，選項D錯誤此核反應方程為6H6nC，故碳核C的結合能為Emc2(6m16m2m3)c2，因核子數(shù)為12，則比結合能為(6m16m2m3)c2.(3)A、B相碰滿足動量守恒mv02mv1得兩球跟C球相碰前的速度v11 m/s兩球與C碰撞同樣滿足動量守恒2mv1mvC2mv2得兩球碰后的速度v20.5 m/s兩次碰撞損失的動能Ek損mv×2mvmv1.25 J答案：(3)1 m/s1.25 J4(2016·太原模擬二)(1)氫原子能級如圖所示，當氫原子從n3能級躍遷到n2的能級時，輻射光的波長為656 nm.已知可見光的波長范圍在400 nm到760 nm之間，以下判斷正確的是A C E.A從n4的能級躍遷到n3的能級時，輻射光的波長比可見光長B用波長為328 nm的光照射，可使氫原子從n1的能級躍遷到n2的能級C用波長為164 nm的光照射，可使處于n2能級的氫原子電離D一群處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時最多能輻射3種不同波長的光E用可見光照射，可能使氫原子從n2的能級躍遷到n3的能級(2)如圖所示，光滑水平軌道上右側有豎直墻壁，有三個小滑塊A、B、C質量分別為mAm，mBmC2m，A、B用細繩連接，中間有一壓縮的輕彈簧(彈簧與滑塊不拴接)開始時A、B以共同速度v0一起向右運動，C靜止某時刻細繩突然斷開，A、B被彈開，然后B與C發(fā)生碰撞并粘在一起B(yǎng)C與墻壁發(fā)生彈性碰撞后返回，最終A與BC間距保持不變求：A物塊最后的速度；A、B分離時彈簧釋放的彈性勢能解析：(1)氫原子從n3能級躍遷到n2能級時輻射光的能量E32E3E21.51 eV(3.4 eV)1.89 eV，從n4能級躍遷到n3能級時輻射光的能量E43E4E30.85 eV(1.5 eV)0.66 eV，由Eh知，光的能量與波長成反比，則4332，選項A正確；氫原子從n1能級躍遷到n2能級時需要吸收光的能量E12|E1E2|13.6 eV(3.4 eV)|10.2 eV，設波長為328 nm的光的能量為EE323.78 eV<10.2 eV，所以此波長的光不能使氫原子從n1能級躍遷到n2能級，選項B錯誤；設波長為164 nm的光的能量為E，則EE327.56 eV，處于n2能級的氫原子的電離能E3.4 eV7.56 eV，所以該光能使處于n2能級的氫原子電離，選項C正確；一群處于n4能級氫原子向低能級躍遷時輻射的不同波長的光的種類為C6，選項D錯誤；由題意知，氫原子從n2能級躍遷到n3能級時需要吸收光的波長為656 nm，此光為可見光，即用可見光照射，能使氫原子從n2能級躍遷到n3能級，選項E正確(2)A、B彈開的過程中，A、B系統(tǒng)動量守恒，設彈開后B速度為vB，A的速度為vA，有(mAmB)v0mAvAmBvBB、C碰撞過程中動量守恒，設碰后速度為vmBvB(mBmC)v由最終A與BC間距保持不變得vAv解得vAv0，方向水平向左彈簧釋放的彈性勢能為EP，則EP(mAmB)vmAvmBv解得EP3mv答案：(2)v0，方向水平向左3mv5(2016·長沙模擬二)(1)以下關于玻爾原子理論的說法正確的是A D E.A電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑不是任意的B電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要輻射光子D不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收E氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光，但它的光譜不是連續(xù)譜(2)如圖，一長木板位于光滑水平面上，長木塊的左端固定一擋板，木板和擋板的總質量為M3.0 kg，木板的長度為L1.5 m在木板右端有一小物塊，其質量m1.0 kg，小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)0.10，它們都處于靜止狀態(tài)現(xiàn)令小物塊以初速度v0沿木板向左滑動，重力加速度g取10 m/s2.若小物塊剛好能運動到左端擋板處，求v0的大?。蝗舫跛俣葀03m/s，小物塊與擋板相撞后，恰好能回到右端而不脫離木板，求碰撞過程中損失的機械能解析：(1)根據(jù)玻爾原子理論的軌道量子化假設，電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑rnn2r1(n1,2,3，)，是分立的，不是任意的，選項A正確；根據(jù)玻爾原子理論的定態(tài)假設，電子在繞原子核做圓周運動時，能量是穩(wěn)定的，不向外輻射電磁波，選項B錯誤；電子從量子數(shù)為2的低能級躍遷到量子數(shù)為3的高能級時要吸收光子，選項C錯誤；根據(jù)玻爾原子理論的躍遷假設，氫原子由低(高)能級向高(低)能級躍遷時，只吸收(釋放)特定頻率的光子，光子的能量由兩能級差決定，故不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收，選項D正確；氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光，這些光的頻率是量子化的，故它的光譜不是連續(xù)譜，選項E正確(2)設木板和物塊最后共同的速度為v由動量守恒定律得mv0(mM)v對木板和物塊系統(tǒng)，由功能關系得mgLmv(mM)v2由以上兩式解得v02 m/s同樣由動量守恒定律可知，木板和物塊最后也要達到共同速度v1設碰撞過程中損失的機械能為E，則mv0(Mm)v1，對木板和物塊系統(tǒng)的整個運動過程，由功能關系有mg2LEmv(mM)v由以上各式解得Ev2mgL代入數(shù)據(jù)可得E0.375 J答案：(2)2 m/s0.375 J6(2016·湖北7市(州)聯(lián)考)(1)下列說法正確的是B D E.A光電效應既顯示了光的粒子性，又顯示了光的波動性B原子核內(nèi)的中子轉化成一個質子和一個電子，這種轉化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是粒子，這就是衰變的實質C一個氘核H與一個氚核H聚變生成一個氦核He的同時，放出一個質子D光子的能量由光的頻率所決定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，電子的動能減小，電勢能增大，原子的總能量增大(2)如圖所示，在光滑水平地面上有一固定的擋板，擋板上固定一個輕彈簧現(xiàn)有一質量M3 kg，長L4 m的小車AB，O為小車的中點，AO部分粗糙，OB部分光滑一質量為m1 kg的小物塊(可視為質點)，放在車的最左端，車和小物塊一起以v04m/s的速度在水平面上向右勻速運動，車撞到擋板后瞬間速度變?yōu)榱悖磁c擋板粘連已知小車OB部分的長度大于彈簧的自然長度，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，且小物塊與彈簧碰撞無能量損失小物塊與車AO部分之間的動摩擦因數(shù)為0.3，重力加速度g10m/s2.求：小物塊和彈簧相互作用的過程中，彈簧對小物塊的沖量；小物塊最終停在小車上的位置距A端多遠解析：(1)光電效應顯示了光的粒子性，A錯誤；衰變的核反應方程為nHe，產(chǎn)生的電子發(fā)射至核外就是衰變，B正確；由核反應方程得HHHen，放出一個中子，C錯誤；光子的能量Ehv，可知光子的能量由光的頻率決定，D正確；根據(jù)玻爾理論，半徑較小的電子獲得能量躍遷到半徑較大的軌道時，庫侖引力提供向心力，即km，即v，半徑增大則電子動能減小，但其電勢能增大，原子總能量增大，E正確(2)由動能定理得mgmv2mv解得v2 m/s由題意可知小物塊離開彈簧時的速度大小為v，方向向左，以向右為正方向，對小物塊由動量定理得Imvmv代入得I4 N·s，彈簧對小物塊的沖量大小為4 N·s方向水平向左小物塊滑過O點和小車相互作用直至共速，由動量守恒定律得mv(mM)v共由能量關系mgsmv2(mM)v解得s0.5 m小物塊最終停在小車上距A的距離sAs1.5 m答案：(2)沖量大小為4 N·s方向水平向左1.5 m7(2016·武漢調研)(1)如圖所示為研究光電效應規(guī)律的實驗電路，電源的兩個電極分別與接線柱c、d連接用一定頻率的單色光a照射光電管時，靈敏電流計G的指針會發(fā)生偏轉，而用另一頻率的單色光b照射該光電管時，靈敏電流計G的指針不偏轉下列說法正確的是A B D.Aa光的頻率一定大于b光的頻率B電源正極可能與c接線柱連接C用b光照射光電管時，一定沒有發(fā)生光電效應D若靈敏電流計的指針發(fā)生偏轉，則電流方向一定是由eGfE若增加a光的強度，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，逸出的光電子最大初動能變大(2)用質子流轟擊固態(tài)的重水D2O，當質子和重水中的氘核發(fā)生碰撞時，系統(tǒng)損失的動能如果達到核反應所需要的能量，將發(fā)生生成He核的核反應寫出質子流轟擊固態(tài)的重水D2O的核反應過程；當質子具有最小動能E11.4 MeV時，用質子流轟擊固態(tài)的重水D2O(認為氘核是靜止的)可發(fā)生核反應；若用氘核轟擊普通水的固態(tài)冰(認為質子是靜止的)時，也能發(fā)生同樣的核反應，求氘核的最小動能E2.已知氘核質量等于質子質量的2倍解析：(1)若電源的正極與c接線柱連接，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，當電源電壓大于截止電壓時，電路中沒有電流，若電源的負極與c接線柱連接，光電管兩端所加的電壓為正向電壓，只要發(fā)生光電效應，電路中就有電流由以上分析可知，單色光a照射光電管時，靈敏電流計G的指針發(fā)生偏轉，一定發(fā)生了光電效應，且其截止電壓大于電源電壓，而單色光b照射光電管時，靈敏電流計G的指針不偏轉，則可能發(fā)生了光電效應，但其截止電壓小于電源電壓，也可能沒有發(fā)生光電效應，只有當入射光的頻率大于等于極限頻率時才發(fā)生光電效應，故a光的頻率一定大于b光的頻率，選項AB正確，選項C錯誤；電路中定向移動的電荷是電子，而電流方向與負電荷定向移動的方向相反，所以靈敏電流計G的指針發(fā)生偏轉時，電流方向一定是由e到G到f，選項D正確；入射光的強度越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，由光電效應方程EkhvW逸知，逸出的光電子最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，選項E錯誤(2)HHHe設質子、氘核的質量分別為m、M，當質子和氘核發(fā)生完全非彈性碰撞時，系統(tǒng)損失的動能最大由動量守恒得mv0(mM)v質子轟擊氘核損失的動能為E1mv(mM)v2E1mv解得E1E1同理可得，氘核轟擊質子系統(tǒng)損失的動能為E2E2由于用質子轟擊氘核和用氘核轟擊質子核反應相同，故發(fā)生核反應所需的能量相同，由題意知E1E2聯(lián)立解得E22.8 MeV答案：(2)HHHe2.8 MeV