第13講動量守恒定律原子結構和原子核 1 2014 浙江自選模塊 14 1 3分 如圖1所示 甲木塊的質(zhì)量為m1 以v的速度沿光滑水平地面向前運動 正前方有一靜止的 質(zhì)量為m2的乙木塊 乙上連有一輕質(zhì)彈簧 甲木塊與彈簧連接后 圖1 A 甲木塊的動量守恒B 乙木塊的動量守恒C 甲 乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動量守恒D 甲 乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動能守恒 2 7分 玻爾氫原子模型成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律 氫原子能級圖如圖2所示 當氫原子從n 4的能級躍遷到n 2的能級時 輻射出頻率為 Hz的光子 用該頻率的光照射逸出功為2 25eV的鉀表面 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為 eV 電子電量e 1 60 10 19C 普朗克常量h 6 63 10 34J s 圖2 答案 1 C 2 6 2 10140 30 2 2015 浙江自選模塊 14 1 4分 單選 以下說法正確的是 A 所有原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相等B 在核反應中 質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒C 氫原子從高能級向低能級躍遷時能輻射出 射線D 只要光照射金屬電極的時間足夠長 就能發(fā)生光電效應 2 6分 一輛質(zhì)量m1 3 0 103kg的小貨車因故障停在車道上 后面一輛質(zhì)量m2 1 5 103kg的轎車來不及剎車 直接撞入貨車尾部失去動力 相撞后兩車一起沿轎車運動方向滑行了s 6 75m停下 已知車輪與路面間的動摩擦因數(shù) 0 6 求碰撞前轎車的速度大小 重力加速度取g 10m s2 答案 1 B 2 27m s 3 2015 新課標全國卷 35 1 5分 在某次光電效應實驗中 得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率 的關系如圖3所示 若該直線的斜率和截距分別為k和b 電子電荷量的絕對值為e 則普朗克常量可表示為 所用材料的逸出功可表示為 圖3 2 10分 如圖4 在足夠長的光滑水平面上 物體A B C位于同一直線上 A位于B C之間 A的質(zhì)量為m B C的質(zhì)量都為M 三者均處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)使A以某一速度向右運動 求m和M之間應滿足什么條件 才能使A只與B C各發(fā)生一次碰撞 設物體間的碰撞都是彈性的 圖4 4 2015 新課標全國卷 35 1 5分 實物粒子和光都具有波粒二象性 下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是 填正確答案標號 選對1個得2分 選對2個得4分 選對3個得5分 每選錯1個扣3分 最低得分為0分 A 電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構D 人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構E 光電效應實驗中 光電子的最大初動能與入射光的頻率有關 與入射光的強度無關 2 10分 兩滑塊a b沿水平面上同一條直線運動 并發(fā)生碰撞 碰撞后兩者粘在一起運動 經(jīng)過一段時間后 從光滑路段進入粗糙路段 兩者的位置x隨時間t變化的圖象如圖5所示 求 圖5 滑塊a b的質(zhì)量之比 整個運動過程中 兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機械能之比 解析 1 電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣 可以說明電子是一種波 故A正確 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 可以說明 射線是一種粒子 故B錯誤 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構 中子衍射說明中子是一種波 故C正確 人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構 利用了電子束的衍涉現(xiàn)象 說明電子束是一種波 故D正確 光電效應實驗中 光電子的最大初動能與入射光的頻率有關 與入射光的強度無關 說明光是一種粒子 故E錯誤 答案 1 ACD 2 1 8 1 2 從2015年試卷來看 本專題考查的題型由兩小題組成 一個是選擇題 另一個是計算題 從知識內(nèi)容上看 選擇題考查的是 玻爾理論 光電效應 核反應及原子核的組成 計算題為動量守恒定律與牛頓運動定律相結合的題目 知識熱點動量 動量守恒定律及其應用 原子的能級躍遷 原子核的衰變規(guī)律 核反應方程 光電效應等 考向一原子核知識與動量守恒定律的組合 核心知識 1 2 動量守恒定律 1 條件 系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受外力的矢量和為零 2 表達式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 1 1 單選 我國礦泉水資源十分豐富 但其中也有不少水源受到天然或人工的放射性污染 據(jù)有關部門檢測 有些盲目開發(fā)的礦泉水 其氡濃度遠遠超標 如果長期飲用這種礦泉水就會有害健康 含有氡元素的物質(zhì)溶解在礦泉水中是氡濃度遠遠超標的原因之一 而氡會發(fā)生放射性衰變 放出 射線 這些射線會導致人體細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病 下列說法正確的是 A 在高溫下氡的半衰期會變小B 氡元素發(fā)生 衰變時會發(fā)生質(zhì)量虧損C 射線一般伴隨著 或 射線產(chǎn)生 在這三種射線中 射線的穿透能力最強 電離能力也最強D 醫(yī)院常用 射線來對注射區(qū)消毒 2 如圖6所示 在光滑水平地面上 有一質(zhì)量m1 4 0kg的平板小車 小車的右端有一固定的豎直擋板 擋板上固定一輕質(zhì)細彈簧 位于小車上A點處的質(zhì)量為m2 1 0kg的木塊 視為質(zhì)點 與彈簧的左端相接觸但不連接 此時彈簧與木塊間無相互作用力 木塊與A點左側的車面之間有摩擦 與A點右側的車面之間的摩擦可忽略不計 現(xiàn)小車與木塊一起以v0 2 0m s的初速度向右運動 小車將與其右側的豎直墻壁發(fā)生碰撞 已知碰撞時間極短 碰撞后小車以v1 1 0m s的速度水平向左運動 取g 10m s2 若彈簧始終處于彈性限度內(nèi) 求小車碰撞后與木塊相對靜止時的速度大小和彈簧的最大彈性勢能 圖6 解析 1 半衰期與外界因素無關 由原子核內(nèi)部自身的因素決定 選項A錯誤 原子核發(fā)生 衰變時會放出 射線 會出現(xiàn)質(zhì)量虧損 選項B正確 射線一般伴隨著 或 射線產(chǎn)生 在這三種射線中 射線的穿透能力最強 電離能力最弱 選項C錯誤 醫(yī)院對醫(yī)院里的污染區(qū) 注射區(qū)常用紫外線來消毒 而不是用 射線來消毒 選項D錯誤 答案 1 B 2 0 4m s3 6J 2 1 單選 以下有關近代物理內(nèi)容的若干敘述正確的是 A 紫外線照射到鋅板表面時能夠發(fā)生光電效應 當增大紫外線的照射強度時 從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B 比結合能越大 表示原子核中核子結合得越牢固 原子核越穩(wěn)定C 重核的裂變過程質(zhì)量增加 輕核的聚變過程質(zhì)量虧損D 根據(jù)玻爾理論 氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時 要釋放一定頻率的光子 同時電子的動能增大 電勢能也增大 2 如圖7所示 光滑水平地面上停放著甲 乙兩輛質(zhì)量相同的平板車 一根輕繩跨過乙車的定滑輪 不計定滑輪的質(zhì)量和摩擦 繩的一端與甲車相連 另一端被甲車上的人拉在手中 已知每輛車和人的質(zhì)量均為30kg 兩車間的距離足夠遠 現(xiàn)在人用力拉繩 兩車開始相向運動 人與甲車保持相對靜止 當乙車的速度為0 5m s時 停止拉繩 求人在拉繩過程中做了多少功 圖7 解析 1 根據(jù)光電效應方程得光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 與入射光的強度無關 A錯誤 比結合能越大 原子越牢固 B正確 重核裂變和輕核聚變都放出能量 根據(jù)質(zhì)能方程知都發(fā)生了質(zhì)量虧損 C錯誤 氫原子從高能級躍遷到低能級放出一定頻率的光子 總能量減小 但離核越近動能越大 電勢能越小 D錯誤 答案 1 B 2 5 625J 應用動量守恒定律解題的步驟 1 選取研究系統(tǒng)和研究過程 2 分析系統(tǒng)的受力情況 判斷系統(tǒng)動量是否守恒 系統(tǒng)不受外力或所受合外力的矢量和為零時 系統(tǒng)動量守恒 系統(tǒng)所受內(nèi)力遠大于外力時 可認為系統(tǒng)動量守恒 系統(tǒng)在某一方向上不受外力或所受合外力的矢量和為零 在該方向上系統(tǒng)動量守恒 3 規(guī)定正方向 確定系統(tǒng)的初 末狀態(tài)的動量的大小和方向 4 根據(jù)動量守恒定律列方程求解 核心知識 考向二氫原子能級 光電效應與動量守恒定律的組合 3 用圖象表示光電效應方程 極限頻率 圖線與 軸交點的橫坐標 0 逸出功 圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0 E 普朗克常量 圖線的斜率k h 圖8 1 1 多選 2015 浙江嘉興一模 如果在反應中釋放出了能量介于10eV 12 9eV范圍內(nèi)的光子 現(xiàn)用這些光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子 能級示意圖如圖9 則下列說法正確的是 圖9 A 照射光中只有一種頻率的光子被吸收B 照射光中有三種頻率的光子被吸收C 被照射過的氫原子能發(fā)射出三種不同波長的光D 被照射過的氫原子能發(fā)射出六種不同波長的光 2 如圖10所示 木塊A的質(zhì)量為m1 足夠長的木板B的質(zhì)量為m2 質(zhì)量為m3的物體C與B靜止在光滑水平地面上 現(xiàn)A以速率v0向右運動 與B碰后以速率v1向左彈回 碰撞時間極短 已知B與C間的動摩擦因數(shù)為 試求 圖10 木板B的最大速度 物體C的最大速度 2 1 單選 如圖11甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線 直線與橫軸的交點的橫坐標為4 27 與縱軸的交點的縱坐標為0 5 圖乙是氫原子的能級圖 下列說法正確的是 圖11 A 該金屬的極限頻率為4 5 1014HzB 根據(jù)該圖線不能求出普朗克常量C 該金屬的逸出功為0 5eVD 用n 3能級的氫原子躍遷到n 2能級時所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應 2 如圖12所示 在光滑的水平面上 靜止的物體B側面固定一個輕彈簧 物體A以速度v0沿水平方向向右運動 通過彈簧與物體B發(fā)生作用 兩物體的質(zhì)量均為m 圖12 求它們相互作用過程中彈簧獲得的最大彈性勢能Ep 解析 1 根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek h W0可知 Ek 圖象在橫軸上的截距等于該金屬發(fā)生光電效應的極限頻率 0 由圖甲知該金屬的極限頻率 0 4 27 1014Hz 該金屬的逸出功W0 h 0 6 63 10 34 4 27 1014J 2 83 10 19J 1 77eV 選項A C錯誤 根據(jù)光電效應方程Ek h W0可知圖線的斜率表示普朗克常量 根據(jù)該圖線可求出普朗克常量 選項B錯誤 氫原子從n 3能級躍遷到n 2能級釋放的光子所具有的能量E 1 89eV 這個能量大于該金屬的逸出功W0 1 77eV 選項D正確 3 1 多選 如圖13所示為氫原子能級示意圖的一部分 則下列說法正確的是 圖13 A 電子的軌道半徑越小 對應氫原子能量越小B 從高能級向低能級躍遷時 氫原子要向外放出能量 電勢能減少C 大量處于n 4能級的氫原子躍遷時最多能輻射3種頻率的光D 用11 2eV的光子照射 氫原子能從n 1能級躍遷到n 2能級 2 光滑水平面上有三個物塊A B和C位于同一直線上 如圖14所示 B的質(zhì)量為m A C的質(zhì)量都為3m 開始時三個物塊都靜止 讓B獲得向右的初速度v0 先與C發(fā)生彈性碰撞 然后B又與A發(fā)生碰撞并粘在一起 求B在前 后兩次碰撞后的速度分別是多少 圖14 高頻考點十四核反應和核能與動量 能量的組合 5 掌握核反應方程中的守恒 質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 6 核能的計算方法 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 用核反應的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方 即 E mc2 J 根據(jù)1原子質(zhì)量單位 u 相當于931 5兆電子伏 MeV 能量 用核反應的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931 5MeV 即 E m 931 5 MeV 如果核反應時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn) 則核反應過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能 2 動量和能量綜合應用的關鍵 1 弄清有幾個物體參與運動 并劃分清楚物體的運動過程 2 進行正確的受力分析 明確各過程的運動特點 2 6分 如圖15所示 質(zhì)量mB 2kg的平板車B上表面水平 開始時靜止在光滑水平面上 在平板車左端靜止著一塊質(zhì)量mA 2kg的物塊A 一顆質(zhì)量m0 0 01kg的子彈以v0 600m s的水平初速度瞬間射穿A后 速度變?yōu)関 200m s 已知A與B之間的動摩擦因數(shù)不為零 且A與B最終達到相對靜止 則整個過程中A B組成的系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量為多少 圖15 解析 1 根據(jù)核反應中的質(zhì)量數(shù)守恒可知 a b的質(zhì)量數(shù)應為235 1 2 234 質(zhì)子數(shù)應為92 A項中的質(zhì)量數(shù)為140 93 233 B項中質(zhì)量數(shù)是141 92 233 C項中質(zhì)量數(shù)為141 93 234 質(zhì)子數(shù)為56 38 94 D項中質(zhì)量數(shù)為140 94 234 質(zhì)子數(shù)為54 38 92 綜上可知 答案為D 答案 1 D 4分 2 2J 1 4分 單選 質(zhì)子 中子和氘核的質(zhì)量分別為m1 m2和m3 當一個質(zhì)子和一個中子結合成氘核時 釋放的能量是 c表示真空中的光速 A m1 m2 m3 cB m1 m2 m3 cC m1 m2 m3 c2D m1 m2 m3 c2 2 6分 在光滑的水平面上 質(zhì)量為m1的小球A以速率v0向右運動 在小球的前方O點處有一質(zhì)量為m2的小球B處于靜止狀態(tài) 如圖16所示 小球A與小球B發(fā)生正碰后小球A B均向右運動 小球B被Q點處的墻壁彈回后與小球A在P點相遇 PQ 2PO 假設小球間的碰撞及小球與墻壁之間的碰撞都是彈性的且碰撞時間極短 求兩小球質(zhì)量之比m1 m2 圖16 答案 1 C 4分 2 5 3