【創(chuàng)新設計】2021高考物理二輪復習(江蘇專用)-教師用書-第15講-動量守恒定律-原子結構和原子核

第15講動量守恒定律原子結構和原子核1.(2022·江蘇卷，12，C)(1)如圖6－15－1所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光．在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是________．圖6－15－1(2)一個中子與某原子核發(fā)生核反應，生成一個氘核，其核反應方程式為________．該反應放出的能量為Q，則氘核的比結合能為________．(3)A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功．解析(1)由能級圖及En－Em＝hν知，E3－E1>E2－E1>E3－E2即νa>νc>νb，又λ＝eq\f(c,ν)，知λa<λc<λb，所以圖C正確．(2)eq\o\al(1,0)n＋X→eq\o\al(2,1)H，由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒知X為eq\o\al(1,1)H.該反應為兩個核子結合，所以比結合能為eq\f(Q,2).(3)光子能量ε＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)得p＝eq\f(ε,c)，則pA∶pB＝2∶1A照射時，光電子的最大初動能EA＝εA－W0同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.答案(1)C(2)eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)Heq\f(Q,2)(3)2∶1EA－2EB2．(2021·江蘇卷，12C)(1)假如一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的________也相等．A．速度 B．動能C．動量 D．總能量(2)依據(jù)玻爾原子結構理論，氦離子(He＋)的能級圖如圖6－15－2所示．電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離________(選填“近”或“遠”)．當大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所放射的譜線有________條．圖6－15－2(3)如圖6－15－3所示，進行太空行走的宇航員A和B的質量分別為80kg和100kg，他們攜手遠離空間站，相對空間站的速度為0.1m/s.A將B向空間站方向輕推后，A的速度變?yōu)?.2m/s，求此時B的速度大小和方向．圖6－15－3解析(1)依據(jù)德布羅意波長公式p＝eq\f(h,λ)，因此選C；(2)依據(jù)玻爾原子理論，量子數(shù)n越小，軌道越靠近原子核，所以n＝3比n＝5的軌道離原子核近，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的原子躍遷一共有6種情形，即產(chǎn)生6條譜線．(3)以飛船為參考系，據(jù)動量守恒定律：(mA＋mB)v0＝mAvA＋mBvB，解得vB＝0.02m/s，遠離空間站方向．答案(1)C(2)近6(3)0.02m/s遠離空間站方向3．(2022·江蘇卷，12C)(1)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的________．A．波長B．頻率C．能量D．動量(2)氡222是一種自然?放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷．它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質之一．其衰變方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過________天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1g.(3)牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》中記載，A、B兩個玻璃球相碰，碰撞后的分別速度和它們碰撞前的接近速度之比總是約為15∶16.分別速度是指碰撞后B對A的速度，接近速度是指碰撞前A對B的速度．若上述過程是質量為2m的玻璃球A以速度v0碰撞質量為m的靜止玻璃球B，且為對心碰撞，求碰撞后A、B的速度大小．解析(1)由愛因斯坦光電效應方程hν＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，又由W0＝hν0，可得光電子的最大初動能eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－h(huán)ν0，由于鈣的截止頻率大于鉀的截止頻率，所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小，因此它具有較小的能量、頻率和動量，B、C、D錯；又由c＝λf可知光電子頻率較小時，波長較大，A對．(2)依據(jù)核反應前后電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，可得衰變后新核的質量數(shù)為222－218＝4，電荷數(shù)86－84＝2，即為eq\o\al(4,2)He(α粒子)．由半衰期公式m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)可得1＝16(eq\f(1,2))eq\f(t,3.8)，解得t＝15.2天(3)設A、B球碰撞后速度分別為v1和v2由動量守恒定律2mv0＝2mv1＋mv2，且由題意知eq\f(v2－v1,v0)＝eq\f(15,16)解得v1＝eq\f(17,48)v0，v2＝eq\f(31,24)v0答案(1)A(2)eq\o\al(4,2)He(或α)15.2(3)eq\f(17,48)v0eq\f(31,24)v0從近三年江蘇省高考試題來看，本專題考查的題型和學問點都相當穩(wěn)定．從題型上看，有選擇題、填空題和計算題．從學問點上看，主要集中在原子核、能級、光電效應和動量守恒．高考熱點(1)動量守恒定律及其應用．(2)原子的能級躍遷．(3)原子核的衰變規(guī)律、核反應方程．(4)光電效應．命題猜測2021年高考，動量守恒定律及其應用以計算題的形式消滅的可能性大，其他考點以選擇題或填空題的形式消滅，主要集中在氫原子的能級結構、能級公式，原子核的組成，核反應方程，光電效應等學問點上．1.2.3．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)吸取或輻射能量量子化原子在兩個能級之間躍遷時只能吸取或輻射肯定頻率的光子，該光子的能量由前后兩個能級的能量差打算，即hν＝Em－En.4．光電效應現(xiàn)象圖6－15－4(1)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0.(2)用圖象表示光電效應方程①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν0.②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝E.③普朗克常量：圖線的斜率k＝h.題組一原子物理基礎學問、能級和動量的組合1．[2022·江蘇省高考命題爭辯專家原創(chuàng)卷(四)](1)下列說法中正確的是________．A．接受物理或化學方法可以有效地轉變放射性元素的半衰期B．由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子C．從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透力量D．原子核所含核子單獨存在時的總質量小于該原子核的質量(2)圖6－15－5如圖6－15－5所示為氫原子的能級示意圖．一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，并用這些光照射逸出功為2.49eV的金屬鈉．這群氫原子能發(fā)出________種不同頻率的光，其中有________種頻率的光能使金屬鈉發(fā)生光電效應．(3)太陽內(nèi)部四個質子聚變成一個α粒子，同時放射兩個正電子和兩個沒有靜止質量的中微子．若太陽輻射能量的總功率P，質子、氦核、正電子的質量分別為mp、mHe、me，真空中光速為c.求t時間內(nèi)參與核反應的質子數(shù)．解析(1)物理或化學方法不會轉變放射性元素的半衰期，A錯誤；從高空對地面進行遙感攝影利用的是紅外線，C錯誤；由于質量虧損，原子核所含核子單獨存在時的總質量大于該原子核的質量，D錯誤．(2)依據(jù)題意，氫原子在躍遷過程中有以下三種方式：3至1,3至2,2至1，對應的也發(fā)出3種不同頻率的光；要使金屬鈉發(fā)生光電效應，氫原子發(fā)出的光子的力量必需大于2.49eV，而3至1的為11.09eV,3至2的為1.89eV，2至1的為10.2eV，所以兩種頻率的光可以使金屬鈉發(fā)生光電效應．(3)該反應放出的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－2me－mHe)c2設t時間內(nèi)參與核反應的質子數(shù)n＝eq\f(ΔPt,ΔE)＝eq\f(4Pt,4mp－2me－mHe)答案(1)B(2)32(3)eq\f(4Pt,4mp－2me－mHec2)2．(2022·無錫市高三期末)(1)已知處于某一能級n上的一群氫原子向低能級躍遷時，能夠發(fā)出10種不同頻率的光，下列能表示輻射光波長最長的那種躍遷的示意圖是________．(2)在試驗室內(nèi)較精準地測量到的雙β衰變事例是在1987年公布的，在進行了7960小時的試驗后，以68%的置信度認出eq\o\al(82,34)Se發(fā)生的36個雙β衰變事例，已知靜止的eq\o\al(82,34)Se發(fā)生雙β衰變時，將釋放出兩個電子和兩個中微子(中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)都為零)，同時轉變成一個新核X，則X核的中子數(shù)為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質量虧損是________．(3)質量為m的小球A在光滑水平面上以速度v0與質量為2m的靜止小球B發(fā)生正碰后，以eq\f(1,3)v0的速度反彈，試通過計算推斷發(fā)生的是不是彈性碰撞．解析(1)依據(jù)玻爾理論，波長最長的躍遷對應頻率最小的躍遷，依據(jù)氫原子能級圖，頻率最小的躍遷對應的是從n＝5能級躍遷到n＝4能級，選項A正確．(2)eq\o\al(82,34)Se中有82－34＝48個中子，發(fā)生雙β衰變時有兩個中子釋放出電子變成質子，則衰變后中子數(shù)為46個；由質能方程E＝Δmc2得，衰變過程中的質量虧損Δm＝eq\f(E,c2).(3)兩小球組成的系統(tǒng)為爭辯對象，系統(tǒng)動量守恒，以A球的初速度方向為正方向，由動量守恒定律得mv0＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,3)v0))＋2mvB解得vB＝eq\f(2,3)v0碰后系統(tǒng)的總動能Ek＝eq\f(1,2)m×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)v0))2＋eq\f(1,2)×2m×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)v0))2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)則碰撞前后系統(tǒng)機械能沒有損失，碰撞為彈性碰撞答案(1)A(2)46eq\f(E,c2)(3)是彈性碰撞3．(2022·蘇北四市高三第一次調研)(1)下列說法中正確的是________．A．電子的衍射現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性B．裂變物質體積小于臨界體積時，鏈式反應不能進行C．原子核內(nèi)部一個質子轉化成一個中子時，會同時釋放出一個電子D．235U的半衰期約為7億年，隨地球環(huán)境的變化，半衰期可能變短(2)氫原子的能級如圖6－15－6所示圖6－15－6.有一群處于n＝4能級的氫原子，若原子從n＝4向n＝2躍遷時所發(fā)出的光正好使某種金屬產(chǎn)生光電效應，則：①這群氫原子發(fā)出的光中共有________種頻率的光能使該金屬產(chǎn)生光電效應；②從n＝4向n＝1躍遷時發(fā)出的光照射該金屬，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為________eV；(3)如圖6－15－7所示，質量為2m的小滑塊P和質量為m的小滑塊Q都視作質點，與輕質彈簧相連的Q靜止在光滑水平面上．P以某一初速度v向Q運動并與彈簧發(fā)生碰撞，問：①彈簧的彈性勢能最大時，P、Q的速度各為多大？②彈簧的最大彈性勢能是多少？圖6－15－7解析(1)電子是實物粒子，其衍射現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性，故A正確；鏈式反應的條件：大于臨界體積，因此當物質體積小于臨界體積時，鏈式反應不能進行，故B正確；原子核內(nèi)部一個質子轉化成一個中子時，會同時釋放出一個正電子，故C錯誤；元素的半衰期與環(huán)境及化合態(tài)無關，故D錯誤．(2)由于n＝4向n＝2躍遷所發(fā)生的光正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應，所以只有n＝4躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝2，n＝2躍遷到n＝1的光子能夠使金屬發(fā)生光電效應，即4條；逸出功W＝－0.85＋3.40＝2.55eV，從而n＝4躍遷到n＝1輻射的光子能量最大，為－0.85＋13.6eV＝12.75eV，依據(jù)光電效應方程知，光電子的最大初動能Ekm＝hν－W0＝12.75－2.55eV＝10.2eV.(3)①P以某一初速度v向Q運動并與彈簧發(fā)生碰撞，P做減速運動，Q做加速運動，當P與Q速度相等時，彈簧最短，彈性勢能最大，規(guī)定向右為正方向，依據(jù)動量守恒定律得：2mv＋0＝(2m＋m)v1解得：v1＝eq\f(2,3)v②依據(jù)能量守恒定律知系統(tǒng)的部分動能轉化為彈性勢能，所以最大彈性勢能為：Emax＝eq\f(1,2)×2mv2－eq\f(1,2)×3mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,3)mv2答案(1)AB(2)①4②10.2(3)①P、Q速度相等為eq\f(2,3)v②eq\f(1,3)mv24．(2022·南京市高三第三次模擬)(1)下列說法正確的是________．A．β射線的穿透力量比γ射線強B．電子的衍射圖樣表明實物粒子也具有波動性C.eq\o\al(212,83)Bi的半衰期是1小時，質量為m的eq\o\al(212,83)Bi經(jīng)過3小時后還有eq\f(1,6)m沒有衰變D．對黑體輻射的爭辯表明，溫度越高，輻射強度極大值所對應的電磁波的頻率不變圖6－15－8(2)氫原子的能級如圖6－15－8所示．氫原子從n＝3能級向n＝1能級躍遷所放出的光子，恰能使某種金屬產(chǎn)生光電效應，則該金屬的逸出功為________eV；用一群處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬，產(chǎn)生的光電子最大初動能為________eV.(3)一靜止的鈾核(eq\o\al(238,92)U)發(fā)生α衰變轉變成釷核(Th)，已知放出的α粒子的質量為m，速度為v0，假設鈾核發(fā)生衰變時，釋放的能量全部轉化為α粒子和釷核的動能．①試寫出鈾核衰變的核反應方程；②求出鈾核發(fā)生衰變時的質量虧損．(已知光在真空中的速度為c，不考慮相對論效應)解析(1)三種射線中，γ射線的穿透力量最強，故A錯誤；干涉和衍射是波的特有現(xiàn)象，電子的衍射圖樣說明實物粒子具有波動性，故B正確．由衰變規(guī)律得m剩＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)＝eq\f(m,23)＝eq\f(m,8)，故C錯誤；隨著溫度的上升，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短、頻率較高的方向移動，故D錯誤．(2)氫原子從n＝3能級向n＝1能級躍遷釋放光子的能量ΔE＝E3－E1＝－1.51eV＋13.6eV＝12.09eV，該能量恰能使某金屬發(fā)生光電效應，說明該金屬的逸出功為W逸＝12.09eV；氫原子從n＝4能級向n＝1能級躍遷釋放光子的能量ΔE＝E4－E1＝(－0.85＋13.6)eV＝12.75eV，依據(jù)光電效應方程可得Ekm＝ΔE－W逸＝(12.75－12.09)eV＝0.66eV.(3)①鈾核的衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(234,90)Th②反應過程中動量守恒，則0＝mv0－Mv其中eq\f(m,M)＝eq\f(4,234)設質量虧損為Δm，則Δmc2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋eq\f(1,2)Mv2代入數(shù)據(jù)計算得Δm＝eq\f(119mv\o\al(2,0),234c3)答案(1)B(2)12.090.66(3)①eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(234,90)Th②eq\f(119mv\o\al(2,0),234c3)運用動量守恒定律解題的步驟(1)確定爭辯對象(系統(tǒng))；(2)做好受力分析，推斷是否滿足動量守恒的條件；(3)確定滿足動量守恒的過程；(4)選取正方向，明確初、末狀態(tài)；(5)列方程求解．題組二原子、原子核、光電效應和動量的組合5.圖6－15－9(1)(2022·南京市、鹽城市高三第一次模擬)钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時釋放巨大能量，如圖6－15－9所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則________．A．核燃料總是利用比結合能小的核B．核反應中γ光子的能量就是結合能C.eq\o\al(235,92)核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的結合能大D．由于衰變時釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結合能小(2)鋁的逸出功為W0＝6.72×10－19J，用波長λ＝200nm的光照射不帶電的鋁箔，發(fā)生光電效應，此時鋁箔表面帶________(填“正”或“負”)電．若用鋁箔制作光電管，仍用該光照射此光電管，已知普朗克常量h＝6.03×1034J·s，則它的遏止電壓為________V(結果保留兩位有效數(shù)字)．圖6－15－10(3)在水平氣墊導軌上有兩個靜止的滑塊A、B，給A一個初速度v0，使A與B發(fā)生正碰，磁撞后A的速度為0.5v0，B的速度為1.5v0，且方向都與A初速度方向相同．求A和B質量之間的關系．解析(1)比結合能小的原子核經(jīng)過核反應釋放能量轉化為比結合能大的原子核，A、D正確，C錯誤；光子的能量與光子的頻率成正比，與結合能無關，B錯誤．(2)發(fā)生光電效應的金屬失去電子，帶正電；依據(jù)光電效應方程得eq\f(hc,λ)＝W0＋eUC，代入數(shù)據(jù)解得UC＝2.0V.(3)用動量守恒定律mAv1＋0＝mAv1′＋mBv2′所以mA＝3mB答案(1)AD(2)正2.0(3)mA＝3mB6．(2022·南京師大附中高三模擬)(1)關于下列四幅圖說法正確的是________．圖6－15－11A．玻爾原子理論的基本假設認為，電子繞核運行軌道的半徑是任意的B．光電效應產(chǎn)生的條件為：光強大于臨界值C．電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證明白運動電子具有波動性D．發(fā)覺少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉，說明金原子質量大而且很堅硬(2)某次光電效應試驗中，測得某金屬的入射光的頻率ν和反向遏制電壓Uc的值如下表所示．(已知電子的電量為e＝1.6×10－19C)Uc/V0.5410.6370.7410.8090.878ν/1014Hz5.6645.8886.0986.3036.501依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，作出了Uc－ν圖象如圖6－15－12所示，則依據(jù)圖象求出：圖6－15－12①這種金屬的截止頻率為________Hz；(保留三位有效數(shù)字)②普朗克常量________J·s.(保留兩位有效數(shù)字)(3)室內(nèi)裝修污染四大有害氣體是苯系物、甲醛、氨氣和氡．氡存在于建筑水泥、礦渣磚、裝飾石材及土壤中，氡看不到，嗅不到，但它進入人的呼吸系統(tǒng)能誘發(fā)肺癌，是除吸煙外導致肺癌的重大因素．靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn放出一個粒子x后變成釙核eq\o\al(218,84)Po，釙核的動能為0.33MeV，若衰變放出的能量全部變成釙核和粒子x的動能．則：①寫出上述衰變的核反應方程：②求粒子x的動能．(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)原子中的電子繞原子核高速運轉時，運行軌道的半徑是量子化的，選項A錯誤；光電效應發(fā)生的條件為入射光頻率大于金屬的極限頻率，選項B錯誤；電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證明白電子具有波動性，選項C正確；發(fā)覺少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉，說明原子的質量絕大部分集中在很小空間范圍，選項D錯誤．(2)①由圖象讀得這種金屬的截止頻率為4.27±0.01×1014Hz；②由圖線斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(ΔUc,Δν)＝3.93×10－15V·s，解得h＝6.3±0.1×10－34J·s.(3)①eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He②設釙核的質量為m1、速度為v1，粒子x的質量為m2、速度為v2，依據(jù)動量守恒定律有0＝m1v1－m2v2粒子x的動能Ek2＝eq\f(m1v\o\al(2,1),2)×eq\f(m1,m2)＝eq\f(109Ek1,2)＝18MeV答案(1)C(2)①4.27±0.01×10146.3±0.1×10－34(3)①eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He②18MeV7．(2022·南通市、揚州市、泰州市、宿遷市高三其次次調研)(1)1996年，物理學家利用加速器“制成”反氫原子．反氫原子是由一個反質子和一個繞它運動的正電子組成．反質子與質子質量相同，電荷量為－e.關于氫原子和反氫原子，下列說法中正確的是________．A．它們的原子能級不同B．它們的原子光譜相同C．反氫原子中正電子繞反質子的運動具有確定的軌道D．氫原子和反氫原子以大小相等的速度對心碰撞發(fā)生湮滅，只能放出一個光子(2)eq\o\al(14,8)O會衰變成eq\o\al(14,7)N，衰變的一種方式有γ光子產(chǎn)生，方程：eq\o\al(14,8)O→eq\o\al(14,7)N＋x＋ν＋γ.另一種方式不輻射γ光子，方程eq\o\al(14,8)O→eq\o\al(14,7)N＋x＋ν，其中ν是中微子(不帶電，質量可忽視)，x粒子是________．第一種方式衰變時，x粒子最大動能為1.84MeV，γ光子的能量為2.30MeV，忽視核的反沖效應和中微子能量，則其次種方式衰變時，x粒子最大動能為________MeV.(3)圖6－15－13用頻率為ν的光照射光電管陰極時，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6－15－13所示，UC為遏止電壓．已知電子電荷量為－e，普朗克常量為h，求：①光電子的最大初動能Ekm；②該光電管發(fā)生光電效應的極限頻率ν0.解析(1)反質子與質子、正電子與電子的質量大小、電荷量大小均相等，故反氫原子核外的正電子與氫原子核外的電子做圓周運動的軌道半徑相同，則它們的原子能級相同，能級差也相同，故它們的原子光譜相同，選項A錯誤，選項B正確；當原子處于不同狀態(tài)時，正電子在各處消滅的概率是不一樣的，故反氫原子中正電子的坐標沒有確定值，繞反質子運動也沒有確定的軌道，選項C錯誤；氫原子和反氫原子以大小相等的速率對心碰撞發(fā)生湮滅，若只放出一個光子，則違反了動能守恒定律，選項D錯誤．(2)衰變方程滿足質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，故x粒子的質量數(shù)為0、電荷數(shù)為1，即x粒子是eq\o\al(0,1)e；兩種衰變形式，衰變前后粒子相同，故衰變放出的總能量相同，即x粒子最大動能為1.84MeV＋2.30MeV＝4.14MeV.(3)①Ekm＝eUC②由光電效應方程有Ekm＝hν－W其中W＝hν0解得ν0＝ν－eq\f(eUC,h)答案(1)B(2)eq\o\al(0,1)e4.14(3)①eUc②ν0＝ν－eq\f(eUC,h)8．(2022·淮安市高三考前信息卷)(1)下列說法中正確的有________．A.eq\o\al(234,90)Th核的比結合能比eq\o\al(238,92)U核的大B．自然?放射現(xiàn)象的發(fā)覺，揭示了原子的核式結構C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子D．1.0×1024個eq\o\al(238,92)U核經(jīng)過兩個半衰期后還剩1.0×106個圖6－15－14(2)短道速滑接力賽中，運動員通過身體接觸完成交接棒過程．某次競賽中運動員甲以7m/s的速度在前面滑行，運動員乙以8m/s的速度從后面追上，并用雙臂奮力將甲向前推出，完成接力過程．設甲、乙兩運動員的質量均為60kg，推后運動員乙變?yōu)?m/s，方向向前，速度方向在同始終線上，則運動員甲獲得的速度為________；此接力過程________(填“可以”或“不行以”)看作彈性碰撞．(3)如圖6－15－15甲所示的光電效應試驗中，轉變?nèi)肷涔馐念l率ν，同時由電壓表V測量出相應的遏止電壓UC，多次測量，繪得的UC－ν關系圖線如圖乙所示．已知電子的電荷量e＝1.6×10－19C．求：①金屬K的截止頻率νC；②普朗克常量h.圖6－15－15解析(1)由比結合能曲線可知，eq\o\al(234,90)Th核的比結合能比eq\o\al(238,92)U核的大；自然?放射現(xiàn)象的發(fā)覺，揭示了原子核具有簡單結構；由能級躍遷規(guī)律可知，氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子；由半衰期的意義可知1.0×1024個eq\o\al(238,92)U核，經(jīng)過兩個半衰期后還剩(eq\f(1,2))2×1.0×1024個＝2.5×1023個．選項B、D錯誤，A、C正確．(2)對兩運動員的推出過程，由動量守恒定律有mv1＋mv2＝mv1′＋mv2′，代入數(shù)據(jù)解得，甲運動員獲得的速度為v1′＝10m/s.推前兩運動員的總機械能為E1＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,1)＋veq\o\al(2,2))＝3390J，推后的總機械能為E2＝eq\f(1,2)m(v1′2＋v2′2)＝3750J．因此，此次接力過程不行以視為彈性碰撞．(3)①金屬K的截止頻率由題圖乙橫截距可知，νc＝4.6×1014Hz②圖線的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(1.4－0.2,8－5×1014)V·s＝4.0×10－15V·s普朗克常量h＝6.4×10－34J·s答案(1)AC(2)10m/s不行以(3)①νc＝4.6×1014Hz②h＝6.4×10－34J·s1．[2022·蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市高三教學狀況調研(一)](1)下列說法正確的是________．A．原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質量守恒的規(guī)律B．α粒子散射試驗能揭示原子具有核式結構C．發(fā)生光電效應時間電子的動能只與入射光的強度有關D．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子(2)在光電效應試驗中，某金屬的截止頻率相應的波長為λ0，該金屬的逸出功為________．若用波長為λ(λ<λ0)單色光做試驗，則其截止電壓為________．(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)圖6－15－16(3)光滑水平軌道上有三個木塊A、B、C，質量分別為mA＝3m、mB＝mC＝m，開頭時木塊B、C均靜止，木塊A以初速度v0向右運動，A與B碰撞后分開，B又與C發(fā)生碰撞并粘在一起，此后A與B間的距離保持不變．求B與C碰撞前B的速度大?。馕?1)原子核發(fā)生衰變時，遵守電荷數(shù)守恒，質量數(shù)守恒，但質量不守恒，在發(fā)生衰變時，釋放能量，由愛因斯坦的質能方程知，原子核的質量減小，故A錯誤；粒子散射試驗中，大多數(shù)的粒子不轉變方向，少數(shù)有較大角度的偏轉，說明原子內(nèi)部大部分是空的，帶正電的原子核，集中在很小的空間，揭示了原子具有核式結構，故B正確；由光電效應方程Ek＝hν－W逸可知，電子的初動能只與入射光的頻率、金屬的逸出功有關，與入射光的強度無關，故C錯誤；氫原子的能量是量子化的，從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時遵從hν＝Em－En，因此只有幾個特定頻率的光子，故D正確．(2)光電效應方程Ek＝hν－W逸，當Ek＝0時，對應的波長為λ0，得W逸＝hν0＝heq\f(c,λ0)，當入射光的波長為λ時eU截＝Ek，由以上三式可得eU截＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)，U截＝eq\f(hc,e)(eq\f(λ0－λ,λ0λ))．(3)把A、B、C看成一個系統(tǒng)，整個過程中由動量守恒定律得mAv0＝(mA＋mB＋mC)vB、C碰撞過程中由動量守恒定律mBvB＝(mB＋mC)v聯(lián)立得vB＝eq\f(6,5)v0.答案(1)BD(2)heq\f(c,λ0)eq\f(hc,e)(eq\f(λ0－λ,λ0λ))(3)eq\f(6,5)v02．(2022·宿遷市高三摸底)(1)關于下列四幅圖的說法，正確的是________．圖6－15－17A．甲圖為放射源放出的三種射線在磁場中運動的軌跡，射線1為α射線B．乙圖中，用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板，發(fā)覺原來閉合的驗電器指針張開，此時鋅板和驗電器均帶正電C．丙圖為α粒子散射試驗示意圖，盧瑟福依據(jù)此試驗提出了原子的核式結構模型D．丁圖為核反應堆示意圖，它是利用了鈾核聚變反應所釋放的能量(2)在水平放置的氣墊導軌上，質量為0.4kg、速度為0.5m/s的滑塊甲與質量為0.6kg速度為0.1m/s的滑塊乙迎面相撞，碰撞后滑塊乙的速度大小變?yōu)?.2m/s，此時滑塊甲的速度大小為________m/s，方向與它原來速度方向________．(3)一靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質量為232.0372u)放出一個帶電粒子(原子質量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(原子質量為228.0287u)．①該過程的衰變方程為________；②求該衰變過程中放出的核能(1u相當于931MeV，結果保留2位有效數(shù)字)．解析(1)由三種射線的特征和左手定則知甲圖中的射線1為β射線，選項A錯誤；紫外線照射鋅板后，有光電子逸出，則鋅板和驗電器均帶正電，選項B正確；盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗結果，提出了原子的核式結構模型，選項C正確；核反應堆利用的是鈾核裂變反應釋放的能量，選項D錯誤．(2)選滑塊甲開頭運動的方向為正方向，碰撞后滑塊乙的方向反向，由動量守恒定律m甲v甲－m乙v乙＝m甲v甲′＋m乙v乙′，解得v甲＝0.05m/s.方向與它原來的方向相同．(3)①eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(228,90)Th②Δm＝232.0372u－4.0026u－228.0287u＝0.0059uΔE＝Δmc2＝0.0059×931MeV＝5.5MeV.答案(1)BC(2)0.05相同(3)①eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(228,90)Th②5.5MeV3．[2022·蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市高三教學狀況調研(二)]圖6－15－18(1)如圖6－15－18所示，電路中全部元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的緣由是________．A．入射光強度較弱B．入射光波長太長C．光照射時間太短D．電源正負極接反(2)如圖6－15－19為試驗室常用的氣墊導軌驗證動量守恒試驗的裝置，兩帶有等寬遮光條的滑塊A和B，質量分別為mA、mB，在A、B間用細線水平壓住一輕彈簧，將其置于氣墊導軌上，調整導軌使其能實現(xiàn)自由靜止，這是表明________．燒斷細線，滑塊A、B被彈簧彈開，光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為tA和tB，若有關系式________，則說明該試驗動量守恒．圖6－15－19(3)eq\o\al(30,15)P是人類首先制造出的放射性同位素，其半衰期為2.5min，能衰變?yōu)閑q\o\al(30,14)Si和一個未知粒子．①寫出該衰變的過程；②已知容器中原有純eq\o\al(30,15)P的質量為m，求5min后容器中剩余eq\o\al(30,15)P的質量．解析(1)靈敏電流計中沒有電流通過可能緣由是，入射光頻率較小(波長較長)，不能發(fā)生光電效應，也可能是光電子不能到達陽極，故選項B、D正確．(2)滑塊在導軌能自由靜止，說明導致水平，由于滑塊在氣墊導軌上所受阻力忽視不計，認為是零，若上述過程A、B系統(tǒng)動量守恒，則有，mAvA＝mBvB，又由于兩遮光條等寬，則eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)或eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)＝0.(3)①衰變方程為eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e②5min后還剩余eq\o\al(30,15)P的質量為eq\f(1,22)m＝eq\f(m,4).答案(1)BD(2)氣墊導軌水平eq\f(mA,tA)－eq\f(mB,tB)＝0(3)①eq\f(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e②eq\f(m,4)4．(2022·鎮(zhèn)江市高三模擬)(1)自由中子是不穩(wěn)定的，它的平均壽命大約是900s，它能自發(fā)地發(fā)生放射性衰變，衰變方程是eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋X＋eq\x\to(νe)，其中eq\x\to(νe)是反電子中微子(不帶電的質量很小的粒子)．下列說法中正確的是________．A．自由中子的衰變是β衰變，X是負電子B．有20個自由中子，半小時后肯定剩下5個中子未發(fā)生衰變C．衰變過程遵守動量守恒定律D．衰變過程有質量虧損，所以能量不守恒(2)電子俘獲即原子核俘獲1個核外軌道電子，使核內(nèi)1個質子轉變?yōu)橹凶樱环N理論認為地熱是鎳58(eq\o\al(58,28)Ni)在地球內(nèi)部的高溫高壓下發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷(Co)58時產(chǎn)生的，則鎳58電子俘獲核反應方程為________________________________________________________________________；生成的鈷核處于激發(fā)態(tài)，會向基態(tài)躍遷，輻射γ光子的頻率為ν，已知真空中的光速和普朗克常量是c和h，則此核反應過程中的質量虧損為________．(3)已知中子的質量是mn＝1.6749×10－27kg，質子的質量是mp＝1.6726×10－27kg，氘核的質量是mD＝3.3436×10－27kg.(1eV＝1.6×10－19J，結果保留兩位有效數(shù)字)①氘核的結合能ΔE為________MeV.②若用一個能量為ΔE的光子轟擊一個靜止的氘核能否使氘核分裂為一個中子和一個核子？請說明理由．解析(1)由核反應遵循的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，自由中子的衰變是β衰變，X是負電子，選項A正確；半衰期是對大量粒子的統(tǒng)計規(guī)律，有20個自由中子，半小時后不肯定剩下5個中子未發(fā)生衰變，選項B錯誤；衰變過程遵守動量守恒定律，衰變過程有質量虧損，但是能量守恒，選項C正確，D錯誤．(2)鎳58電子俘獲核反應方程為eq\o\al(58,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(58,27)Co.輻射γ光子的能量為hν，由質能方程，此核反應過程中的質量虧損為hν/c2.(3)①由題意知eq\o\al(1,1)p＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)D質量虧損Δm＝mp＋mn－mD＝0.0039×10－27kg氘核的結合能為ΔE＝Δmc2＝eq\f(0.0039×10－27×3×1082,1.6×10－19)eV＝2.2MeV②不能，系統(tǒng)的動量和能量守恒答案(1)AC(2)eq\o\al(58,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(58,27)Coeq\f(hν,c2)(3)①2.2②不能，系統(tǒng)的動量和能量守恒5．(2022·揚州市高三第四次調研測試)(1)關于下列四幅圖中所涉及物理學問的論述中，正確的是________．圖6－15－20A．甲圖中，若兩球質量相等且球m2靜止，兩球發(fā)生正碰后，球m2的速度肯定為vB．乙圖中，盧瑟福通過分析α粒子散射試驗結果，發(fā)覺了質子和中子C．丙圖中，普朗克通過爭辯黑體輻射提出能量子概念，并成功解釋了光電效應現(xiàn)象D．丁圖中，鏈式反應屬于重核的裂變(2)2022年5月10日南京發(fā)生放射源銥－192丟失大事，銥－192化學符號是Ir，原子序數(shù)77，半衰期為74天．銥－192通過β衰變放出γ射線，γ射線可以穿透10～100mm厚鋼板．設衰變產(chǎn)生的新核用X表示，寫出銥－192的衰變方程_______________________________________________________________________