高考物理大二輪總復(fù)習(xí)專題八 第3講 原子物理和動量試題（選考部分）試題

第3講原子物理和動量高考題型1光電效應(yīng)與光的粒子性解題方略1．處理光電效應(yīng)問題的兩條線索一是光的頻率，二是光的強度，兩條線索對應(yīng)的關(guān)系是：(1)光強→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大．(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大．2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的研究對象是金圖1屬表面的電子，意義是說，光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大(如圖1所示)，直線的斜率為h，直線與ν軸的交點的物理意義是極限頻率νc，直線與Ek軸交點的物理意義是逸出功的負(fù)值．例1(2015·上饒二模)某中學(xué)的實驗小組利用如圖2所示的裝置研究光電效應(yīng)規(guī)律，用理想電壓表和理想電流表分別測量光電管的電壓以及光電管的電流．當(dāng)開關(guān)打開時，用光子能量為2.5eV的光照射光電管的陰極K，理想電流表有示數(shù)，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的觸頭，當(dāng)電壓表的示數(shù)小于0.6V時，理想電流表仍有示數(shù)，當(dāng)理想電流表的示數(shù)剛好為零時，電壓表的示數(shù)剛好為0.6V．則陰極K的逸出功為__________，逸出的光電子的最大初動能為__________．圖2預(yù)測1(2015·臨汾聯(lián)考三模)以下說法符合物理學(xué)史的是()A．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元B．康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量C．德布羅意把光的波粒二象性推廣到實物粒子，認(rèn)為實物粒子也具有波動性D．湯姆孫通過α粒子散射實驗，提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)E．為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克提出電磁輻射的能量是量子化的預(yù)測2(2015·河南八市模擬)如圖3所示，兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U，一束波長為λ的入射光射到金屬板B上，使B板發(fā)生了光電效應(yīng)，已知該金屬板的逸出功為W，電子的質(zhì)量為m.電荷量為e，已知普朗克常量為h，真空中光速為c，下列說法中正確的是()圖3A．入射光子的能量為heq\f(c,λ)B．到達(dá)A板的光電子的最大動能為heq\f(c,λ)－W＋eUC．若增大兩板間電壓B板沒有光電子逸出D．若減小入射光的波長一定會有光電子逸出E．若增大入射光的頻率，金屬板的逸出功將大于W高考題型2原子結(jié)構(gòu)和能級躍遷解題方略1．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，密立根測出了電子的電荷量，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗構(gòu)建了原子核式結(jié)構(gòu)模型．玻爾提出的原子模型很好地解釋了氫原子光譜的規(guī)律．盧瑟福用α粒子轟擊氮核實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克用α粒子轟擊鈹核發(fā)現(xiàn)了中子．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，揭示了原子核是有結(jié)構(gòu)的．小居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了放射性同位素．2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型：(1)在原子的中心有一個體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核，而電子在核外繞核運動；(2)原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．3．能級和能級躍遷(1)軌道量子化核外電子只能在一些分立的軌道上運動rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)(2)能量量子化原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)(3)吸收或輻射能量量子化原子在兩個能級之間躍遷時只能吸收或發(fā)射一定頻率的光子，該光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Em－En(m>n)．例2(2015·長沙4月模擬)以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的是()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)譜預(yù)測3(2015·湖北八校聯(lián)考)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)及原子核的知識，下列判斷正確的是()A．每一種原子都有自己的特征譜線B．處于n＝3的一個氫原子回到基態(tài)時一定會輻射三種頻率的光子C．α射線的穿透能力比γ射線弱D．β衰變中的電子來自原子的內(nèi)層電子E．放射性元素的半衰期與壓力、溫度無關(guān)預(yù)測4(2015·湖北黃岡市4月模擬)已知金屬銫的逸出功為1.88eV，氫原子能級圖如圖4所示，下列說法正確的是()圖4A．大量處于n＝4能級的氫原子躍遷到基態(tài)的過程中最多可釋放出6種頻率的光子B．一個處于n＝3能級的氫原子躍遷到基態(tài)的過程中最多可釋放出3種頻率的光子C．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級過程中輻射出的光子能使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)D．大量處于n＝2能級的氫原子躍遷到基態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬銫，產(chǎn)生的光電子最大初動能為8.32eVE．用光子能量為11eV的紫外線照射大量處于基態(tài)的氫原子，會有氫原子躍遷到n＝2能級高考題型3核反應(yīng)和核能的計算解題方略1．原子核的衰變衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒2.α射線、β射線、γ射線之間的區(qū)別名稱α射線β射線γ射線實質(zhì)氦核流電子流光子速度約為光速的eq\f(1,10)約為光速的99%光速電離作用很強較弱很弱貫穿能力很弱較強最強3．核反應(yīng)、核能、裂變、輕核的聚變(1)在物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)．核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律．(2)質(zhì)能方程：一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.(3)把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變；把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為聚變．(4)核能的計算：①ΔE＝Δmc2，其中Δm為核反應(yīng)方程中的質(zhì)量虧損；②ΔE＝Δm×931.5MeV，其中質(zhì)量虧損Δm以原子質(zhì)量單位u為單位．(5)原子核的人工轉(zhuǎn)變盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e例3(2015·南京、鹽城一模)如圖5所示，一個鈾核(eq\o\al(238,92)U)放出一個α粒子后衰變成釷核(eq\o\al(234,90)Th)，其衰變方程為____________________________；已知靜止的鈾核、釷核和α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，真空中光速為c，上述衰變過程中釋放出的核能為______________．圖5預(yù)測5(2015·南昌十校二模)下列關(guān)于核反應(yīng)及衰變的表述正確的有()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變B．X＋eq\o\al(14,)7H→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H中，X表示eq\o\al(3,2)HeC．半衰期與原子處所的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)D．β衰變中產(chǎn)生的β射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的E.eq\o\al(232,90)Th衰變成eq\o\al(208,82)Pb要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變預(yù)測6(2015·云南二模)一個氘核和一個氚核聚變結(jié)合成一個氦核，同時放出一個中子，并釋放核能．已知氘核、氚核、氦核、中子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，真空中的光速為c.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4C．釋放的能量ΔE＝(m3－m4－m1－m2)c2D．太陽輻射的能量主要來自其內(nèi)部發(fā)生的核聚變反應(yīng)E．氘核的比結(jié)合能大于氦核的比結(jié)合能高考題型4動量和能量觀點的綜合應(yīng)用解題方略1．動量守恒定律(1)表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；或p＝p′(系統(tǒng)相互作用前的總動量p等于系統(tǒng)相互作用后的總動量p′)；或Δp＝0(系統(tǒng)總動量的增量為零)；或Δp1＝－Δp2(相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng)，兩物體動量的增量大小相等、方向相反)．(2)動量守恒定律的適用條件①系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)雖受外力但所受外力的合力為零．②系統(tǒng)所受合力不為零，但在某一方向上系統(tǒng)所受外力的合力為零，則在該方向上系統(tǒng)動量守恒．③系統(tǒng)雖受外力，但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力且作用時間極短，如碰撞、爆炸過程．2．彈性碰撞與非彈性碰撞碰撞過程遵從動量守恒定律．如果碰撞過程中機械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞；如果碰撞過程中機械能不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞．3．利用動量和能量觀點解題的技巧(1)若研究對象為一個系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用動量守恒定律和能量守恒定律．(2)動量守恒定律和能量守恒定律都只考查一個物理過程的初、末兩個狀態(tài)，對過程的細(xì)節(jié)不予追究．(3)注意挖掘隱含條件，根據(jù)選取的對象和過程判斷動量和能量是否守恒．例4(2015·新課標(biāo)全國Ⅱ·35)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(jìn)入粗糙路段．兩者的位置x隨時間t變化的圖象如圖6所示．求：圖6(1)滑塊a、b的質(zhì)量之比；(2)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．預(yù)測7(2015·湖北七市三模)如圖7所示，光滑水平地面上，人與滑板A一起以v0＝0.5m/s的速度前進(jìn)，正前方不遠(yuǎn)處有一橫桿，橫桿另一側(cè)有一靜止滑板B，當(dāng)人與A行至橫桿前，人相對滑板豎直向上跳起越過橫桿，A從橫桿下方通過并與B發(fā)生彈性碰撞，之后人剛好落到B上．不計空氣阻力，求最終人與B共同速度是多少？已知m人＝40kg，mA＝5kg，mB＝10kg.圖7預(yù)測8(2015·東北三省三模)如圖8所示，光滑水平面上有一平板車，車上固定一豎直直桿，桿的最高點O通過一長為L的輕繩拴接一個可視為質(zhì)點的小球，小球的質(zhì)量為小車(包括桿)質(zhì)量的一半，懸點O距離地面的高度為2L，輕繩水平時，小球與小車速度均為零．釋放小球，當(dāng)小球運動到最低點時，輕繩斷開，重力加速度為g，求：圖8(1)小球運動到最低點時速度大小；(2)小球從釋放到落地的過程中，小車向右移動的距離．學(xué)生用書答案精析第3講原子物理和動量高考題型1光電效應(yīng)與光的粒子性例11.9eV0.6eV解析設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時，光電子的最大初動能為Ekm，陰極材料逸出功為W0，當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝0.6V以后，具有最大初動能的光電子也達(dá)不到陽極，因此eU＝Ekm，由光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W0，由以上二式得：Ekm＝0.6eV，W0＝1.9eV.所以此時最大初動能為0.6eV，該材料的逸出功為1.9eV.預(yù)測1ACE預(yù)測2ABD高考題型2原子結(jié)構(gòu)和能級躍遷例2ADE[由于氫原子的軌道是不連續(xù)的，而氫原子在不同的軌道上的能級En＝eq\f(1,n2)E1，故氫原子的能級是不連續(xù)的，即是分立的，故A正確；電子在繞原子核做圓周運動時，不會產(chǎn)生電磁輻射，只有躍遷時才會出現(xiàn)，故B錯誤；氫原子在不同的軌道上的能級En＝eq\f(1,n2)E1，電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要吸收光子，故C錯誤；由于氫原子發(fā)射的光子的能量：E＝Em－En＝eq\f(1,m2)E1－eq\f(1,n2)E1＝hν，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，故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，是特征譜線，但它的光譜不是連續(xù)譜，故E正確．]預(yù)測3ACE預(yù)測4ACD高考題型3核反應(yīng)和核能的計算例3eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He(m1－m2－m3)c2解析根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒得到衰變方程為：eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2.預(yù)測5ACE預(yù)測6ABD高考題型4動量和能量觀點的綜合應(yīng)用例4(1)1∶8(2)1∶2解析(1)設(shè)a、b的質(zhì)量分別為m1、m2，a、b碰撞前的速度為v1、v2.由題給圖象得v1＝－2m/s①v2＝1m/s②a、b發(fā)生完全非彈性碰撞，碰撞后兩滑塊的共同速度為v.由題給圖象得v＝eq\f(2,3)m/s③由動量守恒定律得m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v④聯(lián)立①②③④式得m1∶m2＝1∶8⑤(2)由能量守恒定律得，兩滑塊因碰撞而損失的機械能為ΔE＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)(m1＋m2)v2⑥由圖象可知，兩滑塊最后停止運動．由動能定理得，兩滑塊克服摩擦力所做的功為W＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2⑦聯(lián)立⑥⑦式，并代入題給數(shù)據(jù)得W∶ΔE＝1∶2預(yù)測7eq\f(7,15)m/s解析人跳起后A與B碰撞前后動量守恒，機械能守恒，設(shè)碰后A的速度為v1，B的速度為v2.mAv0＝mAv1＋mBv2eq\f(1,2)mAveq\o\al