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

第3講原子物理和動(dòng)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(wèn)題的兩條線索一是光的頻率，二是光的強(qiáng)度，兩條線索對(duì)應(yīng)的關(guān)系是：(1)光強(qiáng)→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(dòng)能大．2．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的研究對(duì)象是金圖1屬表面的電子，意義是說(shuō)，光電子的最大初動(dòng)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(diǎn)的物理意義是極限頻率νc，直線與Ek軸交點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(cè)量光電管的電壓以及光電管的電流．當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，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(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的觸頭，當(dāng)電壓表的示數(shù)小于0.6V時(shí)，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(shí)，電壓表的示數(shù)剛好為0.6V．則陰極K的逸出功為_(kāi)_________，逸出的光電子的最大初動(dòng)能為_(kāi)_________．圖2預(yù)測(cè)1(2015·臨汾聯(lián)考三模)以下說(shuō)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(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開(kāi)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(shí)物粒子，認(rèn)為實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性D．湯姆孫通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，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(cè)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(zhǎng)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(shuō)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(dòng)能為heq\f(c,λ)－W＋eUC．若增大兩板間電壓B板沒(méi)有光電子逸出D．若減小入射光的波長(zhǎng)一定會(huì)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(jí)躍遷解題方略1．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，密立根測(cè)出了電子的電荷量，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核，而電子在核外繞核運(yùn)動(dòng)；(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(jí)和能級(jí)躍遷(1)軌道量子化核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng)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(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)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(gè)能級(jí)的能量差決定，即hν＝Em－En(m>n)．例2(2015·長(zhǎng)沙4月模擬)以下關(guān)于玻爾原子理論的說(shuō)法正確的是()A．電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不是任意的B．電子在繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C．電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)時(shí)要輻射光子D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時(shí)，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(shuō)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(cè)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(shí)，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(gè)氫原子回到基態(tài)時(shí)一定會(huì)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(lái)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(wú)關(guān)預(yù)測(cè)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(jí)圖如圖4所示，下列說(shuō)法正確的是()圖4A．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)的過(guò)程中最多可釋放出6種頻率的光子B．一個(gè)處于n＝3能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)的過(guò)程中最多可釋放出3種頻率的光子C．氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)過(guò)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(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)過(guò)程中發(fā)出的光照射金屬銫，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)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(huì)有氫原子躍遷到n＝2能級(jí)高考題型3核反應(yīng)和核能的計(jì)算解題方略1．原子核的衰變衰變類(lèi)型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\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(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)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(chēng)α射線β射線γ射線實(shí)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(qiáng)較弱很弱貫穿能力很弱較強(qiáng)最強(qiáng)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(guò)程，稱(chēng)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(chēng)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(chēng)為聚變．(4)核能的計(jì)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(gè)鈾核(eq\o\al(238,92)U)放出一個(gè)α粒子后衰變成釷核(eq\o\al(234,90)Th)，其衰變方程為_(kāi)___________________________；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(guò)程中釋放出的核能為_(kāi)_____________．圖5預(yù)測(cè)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(wú)關(guān)D．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E.eq\o\al(232,90)Th衰變成eq\o\al(208,82)Pb要經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變預(yù)測(cè)6(2015·云南二模)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚變結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)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(shuō)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(yáng)輻射的能量主要來(lái)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(dòng)量和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用解題方略1．動(dòng)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(dòng)量p等于系統(tǒng)相互作用后的總動(dòng)量p′)；或Δp＝0(系統(tǒng)總動(dòng)量的增量為零)；或Δp1＝－Δp2(相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，兩物體動(dòng)量的增量大小相等、方向相反)．(2)動(dòng)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(dòng)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(shí)間極短，如碰撞、爆炸過(guò)程．2．彈性碰撞與非彈性碰撞碰撞過(guò)程遵從動(dòng)量守恒定律．如果碰撞過(guò)程中機(jī)械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞；如果碰撞過(guò)程中機(jī)械能不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞．3．利用動(dòng)量和能量觀點(diǎn)解題的技巧(1)若研究對(duì)象為一個(gè)系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律．(2)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律都只考查一個(gè)物理過(guò)程的初、末兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)過(guò)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(duì)象和過(guò)程判斷動(dòng)量和能量是否守恒．例4(2015·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ·35)兩滑塊a、b沿水平面上同一條直線運(yùn)動(dòng)，并發(fā)生碰撞；碰撞后兩者粘在一起運(yùn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，從光滑路段進(jìn)入粗糙路段．兩者的位置x隨時(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機(jī)械能之比．預(yù)測(cè)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(duì)滑板豎直向上跳起越過(guò)橫桿，A從橫桿下方通過(guò)并與B發(fā)生彈性碰撞，之后人剛好落到B上．不計(jì)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(cè)8(2015·東北三省三模)如圖8所示，光滑水平面上有一平板車(chē)，車(chē)上固定一豎直直桿，桿的最高點(diǎn)O通過(guò)一長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩拴接一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球，小球的質(zhì)量為小車(chē)(包括桿)質(zhì)量的一半，懸點(diǎn)O距離地面的高度為2L，輕繩水平時(shí)，小球與小車(chē)速度均為零．釋放小球，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，輕繩斷開(kāi)，重力加速度為g，求：圖8(1)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)速度大?。?2)小球從釋放到落地的過(guò)程中，小車(chē)向右移動(dòng)的距離．學(xué)生用書(shū)答案精析第3講原子物理和動(dòng)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(shí)，光電子的最大初動(dòng)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(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽(yáng)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(shí)最大初動(dòng)能為0.6eV，該材料的逸出功為1.9eV.預(yù)測(cè)1ACE預(yù)測(cè)2ABD高考題型2原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)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(jí)En＝eq\f(1,n2)E1，故氫原子的能級(jí)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(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，只有躍遷時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，故B錯(cuò)誤；氫原子在不同的軌道上的能級(jí)En＝eq\f(1,n2)E1，電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)時(shí)要吸收光子，故C錯(cuò)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(shí)，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(shuō)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(cè)3ACE預(yù)測(cè)4ACD高考題型3核反應(yīng)和核能的計(jì)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(ài)因斯坦質(zhì)能方程：E＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2.預(yù)測(cè)5ACE預(yù)測(cè)6ABD高考題型4動(dòng)量和能量觀點(diǎn)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(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)．由動(dòng)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(cè)7eq\f(7,15)m/s解析人跳起后A與B碰撞前后動(dòng)量守恒，機(jī)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