高中物理专题练习-动量守恒与原子物理(含答案)

由天下分享时间：2024/12/21 15:10:23 加入收藏我要投稿点赞

高中物理专题练习-动量守恒与原子物理（含答案）

(时间：45分钟)

1．(江苏单科,12C)(12分)(1)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz,在某

种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子具有较大的________。

A．波长

B．频率

C．能量

D．动量

(2)氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是222→218。已知222 86Rn― 84Po＋________ 86Rn的半衰期约为3.8天, 则约经过________天,16 g的222 86Rn衰变后还剩1 g。

(3)牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载,A、B两个玻璃球相碰,碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15∶16。分离速度是指碰撞后B对A的速度,接近速度是指碰撞前A对B的速度。若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球B,且为对心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小。

2．(江苏单科,12C)(12分)(1)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有________。

A．光电效应现象揭示了光的粒子性

B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D．动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等

235

(2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,235 92U是核电站常用的核燃料。 92U89受一个中子轰击后裂变成144 56Ba和36Kr两部分,并产生________个中子。要使链式反应发生,

裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。

(3)取质子的质量mp＝1.672 6×10－27kg,中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg,α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg,光速c＝3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有

效数字)

3．(新课标全国卷Ⅰ,35)(15分)(1)(5分)在某次光电效应实验中,得到的遏止电

压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为________,所用材料的逸出功可表示为________。

(2)(10分)如图,在足够长的光滑水平面上,物体A、B、C位于同一直线上,A位于B、C之间。A的质量为m,B、C的质量都为M,三者均处于静止状态。现使A以某一速度向右运动,求m和M之间应满足什么条件,才能使A只与B、C各发生一次碰撞。设物体间的碰撞都是弹性的。

4．(新课标全国卷Ⅱ,35)(15分)(1)(5分)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现

波动性的是________。(填正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)

A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构

E．光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的

强度无关

(2)(10分)两滑块a、b沿水平面上同一条直线运动,并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后,从光滑路段进入粗糙路段。两者的位置x随时间t变化的图象如图所示。求：

5．(海南单科,17)(12分)(1)(4分)氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激

发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最大的光子能量为－0.96E1,频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字),这些光子可具有________种不同的频率。

(2)(8分)运动的原子核AZX放出α粒子后变成静止的原子核Y。已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c,α粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能。

(ⅰ)滑块a、b的质量之比；

(ⅱ)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比。

答案1．解析 (1)由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋2mv2m,又由W0＝hν0,可得光电子的最大初

动能2mv2m＝hν－hν0,由于钙的截止频率大于钾的截止频率,所以钙逸出的光电子的最大初动能较小,因此它具有较小的能量、频率和动量,B、C、D错；又由c＝λf可知光电子频率较小时,波长较大,A对。

(2)根据核反应前、后电荷数和质量数守恒,可得衰变后新核的质量数为222－218＝4,电荷数1t1t86－84＝2,即为42He(α粒子)。由半衰期公式m＝m0()可得1＝16()2T23.8,解得t＝15.2天 (3)设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2 由动量守恒定律2mv0＝2mv1＋mv2, v2－v115且由题意知v＝16

1731

解得v1＝48v0,v2＝24v0

答案 (1)A (2)2He(或α) 15.2

1731(3)48v0 24v0

2．解析 (1)光电效应说明光的粒子性,所以A正确；热中子束在晶体上产生衍射图样,即运动

的实物粒子具有波的特性,即说明中子具有波动性,所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化,即黑体辐射是不连续的、一份一份的,所以黑体辐射用光的粒子性解释,

即C错误；根据德布罗意波长公式λ＝p,p2＝2mEk,又质子的质量大于电子的质量,所以动能相等的质子和电子,质子的德布罗意波较短,所以D错误。

1144891

(2)由质量数和电荷数守恒可知：235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n,可见产生了3个中子,链式反应

的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。

(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2,可求：ΔE＝(2mp＋2mn－mα)c2＝4.3× 10－12 J。

答案 (1)AB (2)3 大于 (3)4.3×10－12 J

3．解析 (1)光电效应中,入射光子能量hν,克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能,反向

hW0h

遏止电压eUc＝hν－W0,整理得Uc＝eν－e,斜率即e＝k,所以普朗克常量h＝ek,截距为b,即eb＝－W0,所以逸出功W0＝－eb。

(2)设A运动的初速度为v0,A向右运动与C发生碰撞, 由动量守恒定律得 mv0＝mv1＋Mv2

121212

由机械能守恒定律得2mv0＝2mv1＋2Mv2 m－M2m可得v1＝v0,v2＝v

m＋Mm＋M0

要使得A与B能发生碰撞,需要满足v1＜0,即m＜M A反向向左运动与B发生碰撞过程,有 mv1＝mv3＋Mv4 121212

2mv1＝2mv3＋2Mv4

m－Mm－M22m

整理可得v3＝v＝()v,v＝v

m＋M1m＋M04m＋M1

由于m＜M,所以A还会向右运动,根据要求不发生第二次碰撞,需要满足v3≤v2 即

m－M22m

v0≥()v m＋Mm＋M0

整理可得m2＋4Mm≥M2 解方程可得m≥(5－2)M

所以使A只与B、C各发生一次碰撞,须满足

(5－2)M≤m＜M

答案 (1)ek －eb (2)(5－2)M≤m＜M

4．解析 (1)电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样,可以说明电子是一种波,故A正

确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹,可以说明β射线是一种粒子,故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构,中子衍射说明中子是一种波,故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构,利用了电子束的衍射现象,说明电子束是一种波,故D正确；光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,说明光是一种粒子,故E错误。

(2)(ⅰ)设a、b的质量分别为m1、m2,a、b碰撞前的速度为v1、v2。由题给图象得 v1＝－2 m/s① v2＝1 m/s②

a、b发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度为v。由题给图象得 2

v＝3 m/s③ 由动量守恒定律得 m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v④ 联立①②③④式得 m1∶m2＝1∶8⑤

(ⅱ)由能量守恒定律得,两滑块因碰撞而损失的机械能为 11212

ΔE＝2m1v2＋mv122－(m1＋m2)v⑥ 22

由图象可知,两滑块最后停止运动。由动能定理得,两滑块克服摩擦力所做的功为 1

W＝2(m1＋m2)v2⑦

联立⑥⑦式,并代入题给数据得 W∶ΔE＝1∶2⑧

答案 (1)ACD (1)(ⅰ)1∶8 (ⅱ)1∶2

5．解析 (1)频率最大的光子能量为－0.96E1,即En－E1＝－0.96E1,则En＝E1－0.96E1＝(－13.6

eV)－0.96×(－13.6 eV)＝0.54 eV,即n＝5,从n＝5能级开始跃迁,这些光子能发出的频率数n5×（5－1）＝＝10种。频率最小的光子是从n＝5能级跃迁到n＝4能级,其能量为Emin＝2

－0.54 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV。