1、专题限时集训(十五)碰撞与动量守恒近代物理初步(对应学生用书第145页)(建议用时：40分钟)1(12分)(1)(多选)下列说法正确的是()A相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子物质波波长越大BC的半衰期为5 730年，若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的，则此遗骸距今约有17 190年C根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小D结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠，原子核越稳定(2)核能是一种高效的能源核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障，燃料包壳，压力壳和安全壳(见图159甲)结合图乙可知安全壳应当选用的材料是_甲
2、乙丙图159丙是用来检测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时结合图乙分析工作人员一定受到了_射线的辐射(3)在某次军事演习中，载有鱼雷的快艇总质量为M，以速度v匀速前进，现沿快艇前进的反方向发射一颗质量为m的鱼雷后，快艇速度增为原来的倍，若不计水的阻力，求鱼雷相对静水的发射速度为多大【解析】(1)根据光电效应方程EkmhW，知W越大，出射的光电子最大初动能Ekm越小，则动量p越小，再由，可知光电子物质波波长越大，故A正确古生物遗骸中的C含量只有活体中的，说明n，则
3、n3，即经历了3个半衰期，所以此遗骸距今约有5 730317 190年，故B正确根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，轨道半径减小，库仑力增大，电子的加速度增大，故C错误比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误(2)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，结合图乙可知，无法穿透混凝土，故安全壳应当选用的材料是混凝土，三种射线中射线能穿过1 mm的铝片；而射线能穿过3 mm的铝片，故该工作人员一定受到了射线的辐射(3)根据动量守恒定律有：Mv(Mm)vmv解得v【答案】(1)AB(2)混凝土(3)2(12分)(1)下列说法中正确的是()A汤姆孙
4、发现了电子，并提出了原子的核式结构模型B天然放射现象的发现，说明原子可以再分C对于射线、射线、射线这三种射线而言，波长越长，其能量就越小D黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动(2)如图1510为实验室常用来验证动量守恒的气垫导轨两带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导轨上，调节导轨使其能实现自由静止，这是表明_，烧断细线，滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式_，则说明该实验动量守恒(3)室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡氡存在于建筑水泥、
5、矿渣砖、装饰石材及土壤中氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素静止的氡核Rn放出某种粒子X后变成钋核Po，粒子X的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能试回答以下问题：图1510写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)；求钋核的动能Ek2【解析】(1)汤姆孙发现了电子，卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故A错误；天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂结构，是可分的，故B错误；对于射线、射线、射线这三种射线只有射线是电磁波，电磁波的能量Eh，波长越长，频率越低，
6、能量越小，而射线、射线不是电磁波，能量不能利用Eh计算，故C错误；黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故D正确(2)两滑块能够自由静止，滑块静止，处于平衡状态，所受合力为零，表明此时气垫导轨是水平的；设遮光条的宽度为d，两滑块的速度为：vA，vB如果动量守恒，满足：mAvAmBvB0由以上两式解得：0(3)根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：RnPoHe故该衰变方程为：RnPoHe设粒子X的质量为m1、速度为v1，钋核的质量为m2、速度为v2根据动量守恒定律 有 0m1v1m2v2钋核的动能：Ek2【答案】(1)D(2)气垫导轨水平0(3)RnPoHe
7、3(12分)(1)下列说法正确的是_ 【导学号：17214215】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1511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n4的能级氢原子跃迁到n2的能级跃迁时最多可以产生_种不同频率的谱线图1511(3)已知金属钠的逸出功为229 eV，现用波长为400 nm的光照射金属钠表面，普朗克常量h663
8、1034 Js，1 nm109 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136 eV，则基态氢原子发生电离，吸收的能量需大于等于136 eV一群处于n4能级的氢原子回到n2的状态过程中，可能由n4跃迁到n2，可能由n4跃迁到n3，再由n3跃迁到n
9、2，知可能辐射3种不同频率的光子(3)根据光电效应方程：EkhW0W0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：eUEk代入数据得：U082 V根据逸出功W0h0得截止频率：0 Hz551014 Hz【答案】(1)C(2)1363(3)082 V551014 Hz4(12分)(2017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1512所示的装置“验证动量守
10、恒定律”，其操作步骤如下：图1512A将操作台调为水平；B用天平称出滑块A、B的质量mA、mB；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上述步骤中，多余的步骤是_如果动量守恒，须满足的关系是_(用测量量表示)(3)如图1513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1513用频率为1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
11、数恰好变为零，记下电压表示数U1用频率为2的光照射光电管，重复中的步骤，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；卢瑟福的粒子散射实验说明：原子中绝大部分是空的，粒子受到较大的库仑力作用，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
12、量分别为mA、mB，平抛初速度分别为v1、v2，平抛运动的水平位移分别为x1、x2，平抛运动的时间为t需要验证的方程：0mAv1mBv2又v1，v2代入得到mAx1mBx2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)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根据光电效应方程得，Ek1h1W0eU1Ek2h2W0eU2联立两式解得：h【答案】(1)AD(2)FmAx1mBx2(3)a5(12分)(2017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
13、长，很难观察到它的波动性B利用卢瑟福的粒子散射实验可以估算原子的大小C衰变中产生的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m1，质子的质量是m2，氚核的质量是m3，光在真空的速度为c，氚核的比结合能的表达式为_(3)如图1514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05 m/s的速度向右运动，与B碰后A以01 m/s的速度弹回，B以03 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
14、为1 kg的物质后还以05 m/s的速度与B碰撞，碰后A静止，B以05 m/s的速度向右运动求A、B的质量各是多少？图1514【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；利用卢瑟福的粒子散射实验可以估算原子核的大小，选项B错误；衰变是由原子核自发地放射出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2nHH；由质能方程可知氚核的比结合能为Emc2；(3)根据动量守恒定律，第一次实验碰撞得mAvAmAvAmBvB第二次实验碰撞得(
15、mAm)vAmBvB代入数值解得mA1 kg，mB2 kg【答案】(1)D(2)2nHH(3)1 kg2 kg6(12分)(1)下列说法正确的是_ 【导学号：17214216】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1515所示，某光电管的阴极K用截止频率为0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_
16、；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1515(3)1928年，德国物理学家玻特用粒子(He)轰击轻金属铍(Be)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1516请写出 粒子轰击轻金属铍的核反应方程；若中子以速度v0与一质量为mN的静止氮核发生碰撞，测得中子反向弹回的速率为v1，氮核碰后的速率为v2，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EkhW又Wh0由动能定理得光电子到达阳极的最大动能为EkmeUEkmEk联立式得：EkmeUhh0加反电压至少为U，无光电子到达阳极，由动能定理得eU0Ek联立式得U(3)BeHeCn碰撞过程由动量守恒定律得mv0mv1mNv2解得：mmN【答案】(1)AB(2)eUhh0(3)BeHeCnmN
