高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 動(dòng)量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核單元綜合檢測(cè)試題

第十四章動(dòng)量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核1.(12分)(1)關(guān)于光的波粒二象性,下列理解正確的是CDE。(6分)

A.當(dāng)光子靜止時(shí)有粒子性,光子傳播時(shí)有波動(dòng)性B.光是一種宏觀粒子,但它按波的方式傳播C.光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可以用波動(dòng)規(guī)律來描述D.大量光子出現(xiàn)的時(shí)候表現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子出現(xiàn)的時(shí)候表現(xiàn)出粒子性E.不僅光具有波粒二象性,微觀粒子也具有波粒二象性(2)如圖所示,在光滑水平面上放置質(zhì)量為M的木塊,一質(zhì)量為m、速度為v0的子彈水平射入木塊且未穿出。求:①子彈和木塊的共同速度;(3分)②子彈與木塊摩擦產(chǎn)生的熱量Q。(3分)【解析】(1)光子是運(yùn)動(dòng)的,光既具有波動(dòng)性又有粒子性,少量光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性,A項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;光不是宏觀意義上的粒子,光在傳播時(shí)有時(shí)可看成粒子,有時(shí)可看成波,B項(xiàng)錯(cuò)誤;光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可以用波動(dòng)規(guī)律來描述,C項(xiàng)正確;19世紀(jì)末和20世紀(jì)初,物理研究深入到微觀世界,發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子等微觀粒子,而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性同時(shí)還具有波動(dòng)性,E項(xiàng)正確。(2)①根據(jù)動(dòng)量守恒定律知mv0=(M+m)v解得v=②根據(jù)能量守恒,產(chǎn)生的熱量為Q=(M+m)v2解得Q=2.(12分)(1)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,該金屬的逸出功為

;若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn),則其遏止電壓為

。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。(6分)

(2)如圖所示,一弧形軌道與足夠長(zhǎng)水平軌道平滑連接,水平軌道上靜止一小球B。從弧形軌道上距離水平軌道h高處由靜止釋放另一小球A,A球沿軌道下滑后與B球發(fā)生彈性正碰,碰后A球被彈回,A球重新下滑到水平軌道后,與B球間的距離保持不變。所有接觸面均光滑,求碰撞結(jié)束時(shí)A球的速度大小。(6分)【解析】(1)由光電效應(yīng)方程知,光電子的最大初動(dòng)能Ek=hν-W0,其中金屬的逸出功W0=hν0,又由c=λν知W0=kck,c。(2)A球沿曲面下滑過程中,機(jī)械能守恒mAgh=AA與B碰撞過程,動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒mAv0=-mAvA+mBvBAAB由題意知vA=vB解得vA=3.(12分)(1)用頻率為ν的光照射光電管陰極時(shí),產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖所示,Uc為遏止電壓,已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,光電子的最大初動(dòng)能Ekm=eUc;該光電管發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率ν0=ν-。(6分)

(2)如圖甲,光滑水平面上有A、B兩物體,已知A的質(zhì)量為2kg,A以一定的初速度向右運(yùn)動(dòng),與B發(fā)生正碰后黏合在一起向右運(yùn)動(dòng),它們的位移—時(shí)間圖象如圖乙,①物體B的質(zhì)量;(3分)②A、B碰撞過程中損失的機(jī)械能。(3分)【解析】(1)根據(jù)動(dòng)能定理Ekm=eUc,由光電效應(yīng)方程有Ekm=hν-W0,其中W0=hν0,解得ν0=ν-。(2)①由題圖乙知,碰前vA=4m/s,v碰后兩者速度v=1由動(dòng)量守恒得mAvA=(mA+mB)v解得mB=6②損失的機(jī)械能ΔE=A(mA+mB)v2=12J4.(12分)(1)下列說法中正確的是BDE。(6分)

A.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)BTh衰變成Pb要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變C.β衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的D.升高放射性物質(zhì)的溫度,不可縮短其半衰期E.對(duì)于某種金屬,超過極限頻率的入射光頻率越高,所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大(2)如圖所示,一質(zhì)量為2m的小球A用長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.5m的輕繩與懸點(diǎn)O相連,O點(diǎn)離地面的高為L(zhǎng),在O點(diǎn)正下方的光滑地面上放置一質(zhì)量為m的小球B,將A球放置在與O點(diǎn)等高的位置,且將繩拉直,A、B、O在同一個(gè)豎直平面內(nèi),現(xiàn)將小球A由靜止釋放,求A、B球碰撞后,B球可能獲得的最大速度。(6【解析】(1)盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu),但并不能說明原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),A項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)α衰變、β衰變的實(shí)質(zhì)可知e,得n=6,m=4,B項(xiàng)正確;β衰變中的β射線是由原子核中的中子轉(zhuǎn)變形成的,C項(xiàng)錯(cuò)誤;放射性物質(zhì)的半衰期只由其本身決定,與外界環(huán)境無關(guān),D項(xiàng)正確;據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0得入射光頻率ν越高,所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek就越大,E項(xiàng)正確。(2)A球下落過程中,由機(jī)械能守恒有2mgL=當(dāng)兩球發(fā)生彈性碰撞后,B球獲得的速度最大2mv0=2mv1+mv2解得v2=5.(12分)(1)如圖為氫原子的能級(jí)示意圖,鋅的逸出功是3.34eV,那么對(duì)氫原子在能級(jí)躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)正確的是BCE。(6分)

A.用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射的光照射鋅板一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出3種不同頻率的光C.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),發(fā)出的光照射鋅板,鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為8.75eVD.用能量為10.3eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)E.用能量為14.0eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子電離(2)如圖所示,一水平面上P點(diǎn)左側(cè)光滑,右側(cè)粗糙,質(zhì)量為m的劈A在水平面上靜止,上表面光滑,A右端與水平面平滑連接,質(zhì)量為M的物塊B恰好放在水平面上P點(diǎn),物塊B與P點(diǎn)右側(cè)水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。一質(zhì)量為m的小球C位于劈A的斜面上,距水平面的高度為h。小球C從靜止開始滑下,然后與B發(fā)生正碰(碰撞時(shí)間極短,且無機(jī)械能損失)。已知M=2m,求:①小球C與劈A分離時(shí),A的速度;(3分)②小球C的最后速度和物塊B的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。(3分)【解析】(1)當(dāng)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射出光子的能量有可能大于3.34eV,鋅板有可能產(chǎn)生光電效應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;由躍遷關(guān)系可知,B項(xiàng)正確;從n=3能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出的光子最大能量為12.09eV,由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能為8.75V,C項(xiàng)正確;氫原子在吸收光子能量時(shí)需滿足兩能級(jí)間的能量差,D項(xiàng)錯(cuò)誤;14.0eV>13.6eV,因此可以使處于基態(tài)的氫原子電離,E項(xiàng)正確。(2)①設(shè)小球C與劈A分離時(shí)速度大小為v0,此時(shí)劈A速度大小為vA小球C運(yùn)動(dòng)到劈A最低點(diǎn)的過程中,規(guī)定向右為正方向,由水平方向動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒有mv0+mvA=0mgh=得v0=A②小球C與B發(fā)生正碰后速度分別為vC和vB,規(guī)定向右為正方向,由動(dòng)量守恒得mv0=mvC+MvB由機(jī)械能不損失有代入M=2m,得vB=C,小球C最后向左運(yùn)動(dòng)物塊B減速至停止時(shí),運(yùn)動(dòng)時(shí)間設(shè)為t,由動(dòng)量定理有-μMgt=0-MvB,得t=6.(12分)(1)以下關(guān)于天然放射現(xiàn)象,敘述正確的是CDE。(6分)

A.若使放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將減少B.β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C.在α、β、γ這三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng),α射線的電離能力最強(qiáng)D.鈾核U)衰變?yōu)殂U核Pb)的過程中,要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變E.α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子(2)如圖所示,光滑水平面上木塊A的質(zhì)量mA=1kg,木塊B質(zhì)量mB=4kg,質(zhì)量為mC=2kg的木塊C置于足夠長(zhǎng)的木板B上,B、C之間用一輕彈簧相拴接并且接觸面光滑。開始時(shí)B、C靜止,A以v0=10m/s的初速度向右運(yùn)動(dòng),與B碰撞后B的速度v①A、B碰撞后A的速度;(3分)②彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)C的速度。(3分)【解析】(1)放射性物質(zhì)放射的本質(zhì)是原子核內(nèi)部的反應(yīng),溫度的變化不能影響原子核內(nèi)部,所以半衰期不變,A項(xiàng)錯(cuò)誤;β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子而形成的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;在α、β、γ這三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng),α射線的電離能力最強(qiáng),C項(xiàng)正確;鈾核U)衰變?yōu)殂U核Pb)的過程,假設(shè)發(fā)生x次α衰變和y次β衰變,則有質(zhì)量數(shù)守恒238=4x+206和電荷數(shù)守恒92=2x-y+82,可得x=8,y=6,D項(xiàng)正確;α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子離開原子核的過程,E項(xiàng)正確。(2)①因碰撞時(shí)間極短,A、B碰撞時(shí),C的速度為零,由動(dòng)量守恒定律得mAv0=mAvA+mBvBvA==-4m/s,方向與②彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng),彈性勢(shì)能為零設(shè)此時(shí)B的速度為v'B,C的速度為vCmBvB=mBv'B+mCvCmBmBvmC得vC=vB=m/s,方向向右7.(14分)(1)下列說法中正確的是ABE。(6分)

A.核反應(yīng)方程He+kX,k=2,X是正電子B.一群處于n=3能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)能發(fā)出3種不同頻率的光子C.質(zhì)量為m的該放射性物質(zhì),經(jīng)過半個(gè)半衰期還剩余m的質(zhì)量D.若α衰變He中釋放的能量為E,則平均每個(gè)核子釋放的能量為EE.用頻率為ν的光照射某金屬,若遏止電壓為Uc,則該金屬的逸出功為hν-eUc(2)如圖所示,在光滑水平面上有一塊長(zhǎng)為L(zhǎng)的木板B,其上表面粗糙,在其左端有一個(gè)光滑的圓弧槽C與長(zhǎng)木板接觸但不連接,圓弧槽的下端與木板的上表面相平,B、C靜止在水平面上。現(xiàn)有很小的滑塊A以初速度v0從右端滑上B并以的速度滑離B,恰好能到達(dá)C的最高點(diǎn)。A、B、C的質(zhì)量均為m,試求:①木板B上表面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;(4分)②圓弧槽C的半徑R。(4分)【解析】(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,核反應(yīng)方程H→He+kX中k=2,X是正電子,A項(xiàng)正確;一群處于n=3能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)能發(fā)出=3種不同頻率的光子,B項(xiàng)正確;放射性物質(zhì)經(jīng)過半個(gè)半衰期后其質(zhì)量一定多于原來的一半,C項(xiàng)錯(cuò)誤;平均每個(gè)核子釋放的能量為,D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,該金屬的逸出功為W0=hν-Ek,而Ek=eUc,E項(xiàng)正確。(2)①由于水平面光滑,A與B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有mv0=m+2mv1又μmgL=×2m解得μ=②當(dāng)A滑上C,B與C分離,A、C間發(fā)生相互作用,A到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)兩者的速度相等,A、C組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒,有m+mv1=(m+m)v2又(2m)+mgR解得R=8.(14分)(1O會(huì)衰變成N,衰變的一種方式有γ光子產(chǎn)生,方程為ON+x+ν+γ。另一種方式不輻射γ光子,方程為ON+x+ν,其中ν是中微子(不帶電,質(zhì)量可忽略),x粒子是e。第一種方式衰變時(shí),x粒子最大動(dòng)能為1.84MeV,γ光子的能量為2.30MeV,忽略核的反沖效應(yīng)和中微子能量,則第二種方式衰變時(shí),x粒子最大動(dòng)能為4.14MeV。(6分)

(2)如圖,在水平地面上有兩物塊甲和乙,它們的質(zhì)量分別為2m、m,甲與地面間無摩擦,乙與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。現(xiàn)讓甲物塊以速度v0向著靜止的乙運(yùn)動(dòng)并發(fā)生正碰,試求:①甲與乙第一次碰撞過程中系統(tǒng)的最小動(dòng)能;(4分)②若甲在乙剛停下來時(shí)恰好與乙發(fā)生第二次碰撞,則在第一次碰撞中系統(tǒng)損失了多少機(jī)械能?(4分)【解析】(1)衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,故x粒子的質(zhì)量數(shù)為0、電荷數(shù)為1,即x粒子是e;兩種衰變方式,衰變前后粒子相同,故衰變放出的總能量相同,即x粒子最大動(dòng)能為1.84MeV+2.30Me