2015高考物理二轮专题复习 素能提升 1-8 碰撞与动量守恒 近代物理初步（含解析）新人教版.doc

‎【优化探究】2015高考物理二轮专题复习 素能提升 1-8 碰撞与动量守恒 近代物理初步（含解析）新人教版 ‎1．(2014年高考福建卷)(1)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________．‎ A．①表示γ射线，③表示α射线 B．②表示β射线，③表示α射线 C．④表示α射线，⑤表示γ射线 D．⑤表示β射线，⑥表示α射线 ‎(2)一枚火箭搭载着卫星以速度v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为______．‎ A．v0－v2　　　　　　 B．v0＋v2‎ C．v0－v2 D．v0＋(v0－v2)‎ 解析：(1)α射线是高速氦核流，带正电，垂直进入匀强电场后，受电场力作用向右(负极板一侧)偏转，β射线是高速电子流，带负电，应向左(正极板一侧)偏转，γ射线是高频电磁波，不带电，不偏转，A、B错误；射线垂直进入匀强磁场，根据左手定则判定C正确，D错误．‎ ‎(2)箭体与卫星分离过程动量守恒，由动量守恒定律有(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，‎ 解得v1＝v0＋(v0－v2)，D正确．‎ 答案：(1)C　(2)D ‎2.(2014年高考山东卷)(1)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是________．‎ - 11 -‎ a．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm b．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级 c．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 d．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级 ‎(2)如图，光滑水平直轨道上两滑块A、B用橡皮筋连接，A的质量为m.开始时橡皮筋松弛，B静止，给A向左的初速度v0.一段时间后，B与A同向运动发生碰撞并粘在一起．碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍，也是碰撞前瞬间B的速度的一半．求：‎ ‎①B的质量；‎ ‎②碰撞过程中A、B系统机械能的损失．‎ 解析：(1)由E初－E终＝hν＝h可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3－E2 kg.‎ 答案：(1)AD　(2)①　②m3> kg 课时跟踪训练 ‎1．(1)(多选)下列四幅图的有关说法中正确的是________．‎ ‎　‎ ‎①球m1以v碰静止球m2　　②放射线在磁场中偏转 ‎③光电流与电压的关系　‎ A．图①中，若两球质量相等，碰后m2的速度一定不大于v B．图②中，射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷 C．图③中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，遏止电压Uc越大 - 11 -‎ D．图④中，链式反应属于重核的裂变 ‎(2)质量分别为m1和m2的两个小球叠放在一起，从高度为h处自由落下，如图所示．已知h远大于两球半径，所有的碰撞都是完全弹性碰撞，且都发生在竖直方向上．若碰撞后m2恰处于平衡状态，求 ‎①两个小球的质量之比m1∶m2；‎ ‎②小球m1上升的最大高度．‎ 解析：(1)图①中，若两球质量相等，只有在完全弹性碰撞时碰后m2的速度才等于v，一般碰撞，机械能损失，所以碰后m2的速度一定不大于v，选项A正确．图②中，射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，选项B错误．图③中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，遏止电压Uc不变，选项C错误．图④中，链式反应属于重核的裂变，选项D正确．‎ ‎(2)下降过程为自由落体运动，触地时两球速度相同，v＝，m2碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等，选m1与m2碰撞过程为研究过程，碰撞前后动量守恒，设碰后m1速度大小为v1，碰后m2处于平衡状态，速度为0.‎ 选向上方向为正方向，则(m2－m1)v＝m1v1‎ 由能量守恒定律得(m2＋m1)v2＝m1v，‎ 联立解得m1∶m2＝1∶3，‎ v1＝2.‎ 反弹后高度H＝v/(‎2g)＝4h.‎ 答案：(1)AD　(2)①1∶3　②4h ‎2．(2014年洛阳联考)(1)下列说法正确的是________．‎ A．电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性 B．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短 C．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线 D．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 E．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小 ‎(2)如图所示，质量均为m的小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上，质量为‎2m的小孩站在小车上用力向右迅速推出木箱，木箱相对于冰面运动的速度为v，木箱运动到右侧墙壁时与竖直的墙壁发生弹性碰撞，反弹后被小孩接住，求整个过程中小孩对木箱做的功．‎ - 11 -‎ 解析：(1)电子通过狭缝或小孔后，其分布类似光的衍射图样，说明实物粒子具有波动性，选项A正确；原子核的半衰期不随温度、压强等物理环境或化学条件而改变，选项B错误；由核反应中电荷数守恒和质量数守恒知，原子核内的某质子转变成中子时，将释放出正电子，选项C错误；在α、β、γ三种射线中，穿透能力最强的是γ射线，电离能力最强的是α射线，选项D正确；由跃迁方程可知，氢原子的核外电子由较高能级向较低能级跃迁时，将释放光子，这种跃迁相当于核外电子由距原子核较远轨道迁移到较近轨道，原子核和电子之间的静电力对电子做正功，电子的动能增加而电势能减小，选项E正确．‎ ‎(2)取向左为正方向，根据动量守恒定律，有 推出木箱的过程：0＝(m＋‎2m)v1－mv，‎ 接住木箱的过程：mv＋(m＋‎2m)v1＝(m＋m＋‎2m)v2.‎ 设人对木箱做的功为W，对木箱由动能定理得 W＝mv，‎ 解得W＝mv2.‎ 答案：(1)ADE　(2)mv2‎ ‎3．(2014年高考江苏卷)(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Rn→Po＋________.已知Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，‎16 g的Rn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．‎ 解析：(1)由光电效应方程Ekm＝hν－W＝hν－hν0‎ 钙的截止频率大，因此钙中逸出的光电子的最大初动能小，其动量p＝，故动量小，由λ＝，可知波长较长，则频率较小，选项A正确．‎ ‎(2)由质量数、电荷数守恒有 Rn→Po＋He.‎ 由m＝得n＝4，‎ t＝nT＝4×3.8＝15.2 天．‎ ‎(3)设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2，‎ 由动量守恒定律知2mv0＝2mv1＋mv2，‎ 且由题意知＝，‎ 解得v1＝v0，v2＝v0‎ 答案：(1)A　(2)He(或α)　15.2　(3)v0　v0‎ ‎4.(1)(多选)如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光．关于这些光下列说法正确的是________．‎ - 11 -‎ A．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大 B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最小 C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 ‎(2)若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－‎27 kg,1 u对应931.5 MeV)‎ ‎①写出铀核裂变的核反应方程；‎ ‎②求‎9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是多少？(取两位有效数字)‎ 解析：(1)由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量E1＝[－0.85－(－13.6)]eV＝12.75 eV为跃迁时产生光子能量的最大值，A正确．由n＝4向n＝3能级跃迁时，产生的光子能量最小，频率也最小，B错．这些氢原子跃迁时共可辐射出6种不同频率的光，C错．从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.2 eV，大于金属铂的逸出功(6.34 eV)，故能发生光电效应，D正确．‎ ‎(2)①U＋n→Sr＋Xe＋10n.‎ ‎②因为一个铀核裂变的质量亏损 Δm＝(235.043 9 u＋1.008 7 u)－(89.907 7 u＋135.907 2 u＋10×1.008 7 u)＝0.150 7 u，‎ 故‎9.2 kg的铀裂变后总的质量亏损为 ΔM＝6.02×1023×0.150 7×9.2×103/235 u ‎＝3.55×1024 u，‎ 所以ΔE＝ΔMc2＝3.55×1024×931.5 MeV ‎＝3.3×1027 MeV.‎ 答案：(1)AD　(2)①U＋n→Sr＋Xe＋10n ‎②3.3×1027 MeV ‎5．(1)某放射性元素原子核X有N个核子，发生一次α衰变和一次β衰变后，变为Y核，衰变后Y核的核子数为________，若该放射性元素经过时间T，还剩下1/8没有衰变，则它的半衰期为________，如果衰变前X核的质量为mX，衰变后产生Y核的质量为mY，α粒子的质量为mα，β粒子的质量为mβ，光在真空中传播的速度为c，则衰变过程中释放的核能为________．‎ ‎(2)如图所示，质量分别为mA＝‎1 kg、mB＝‎4 kg的木块A、木板B置于光滑水平面上，质量为mC＝‎2 kg的木块C置于足够长的木板B上，B、C之间用一轻弹簧拴接且接触面光滑．开始时B、C静止，A以v0＝‎10 m/s的初速度向右运动，与B碰撞后B的速度为‎3.5 m/s，碰撞时间极短．求：‎ ‎①A、B碰撞后瞬间A的速度；‎ ‎②弹簧第一次恢复原长时C的速度大小．‎ - 11 -‎ 解析：(1)α衰变后核子数少4个(其中2个质子、2个中子)，β衰变后核子数不变(中子少1个、质子多1个)，Y核的核子数为N－4；根据半衰期的公式，得到该放射性元素的半衰期为T/3；根据爱因斯坦质能方程得到ΔE＝Δmc2＝(mX－mY－mα－mβ)c2.‎ ‎(2)①因碰撞时间极短，A、B碰撞过程中，C的速度为零，A、B系统动量守恒，则有 mAv0＝mAvA＋mBvB，‎ 碰后瞬间A的速度为vA＝＝－‎4 m/s，方向与A初速度方向相反．‎ ‎②弹簧第一次恢复原长时，弹性势能为零．设此时B的速度大小为vB′，C的速度大小为vC.‎ B、C相互作用过程中动量守恒、能量守恒，有 mBvB＝mBvB′＋mCvC，‎ mBv＝mBvB′2＋mCv，‎ 联立解得vC＝vB＝‎4.7 m/s.‎ 答案：(1)N－4　　(mX－mY－mα－mβ)c2‎ ‎(2)①‎4 m/s，方向与A初速度方向相反　②‎4.7 m/s ‎6.(1)如图为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，其中频率最大的光子能量为______ eV，若用此光照射到逸出功为2.75 eV的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为______V.‎ ‎(2)如图所示，在光滑的水平面上有两个物块A、B，质量分别为mA＝‎3 kg，mB＝‎6 kg，它们之间由一根不可伸长的轻绳相连，开始时绳子完全松弛，两物块紧靠在一起．现用3 N的水平恒力F拉B，使B先运动，当轻绳瞬间绷直后再拉A、B共同前进，在B总共前进‎0.75 m 时，两物块共同向前运动的速度为m/s，求连接两物块的绳长L.‎ 解析：(1)当氢原子从n＝4激发态的能级直接跃迁到第一能级时发出的光子能量最大，频率最大．‎ 则由hν＝E4－E1，‎ 可求得hν＝12.75 eV；‎ 根据(hν－2.75 eV)－eU＝0，‎ 可得U＝10 V.‎ ‎(2)当B前进距离L时，由动能定理FL＝mBv，得vB＝，此后A、B以共同速度运动，由动量守恒mBvB＝(mA＋mB)vAB，然后A、B一起匀加速运动，由牛顿第二定律和运动学公式，可得vAB′2－v＝2x，x＝0.75－L，解得L＝‎0.25 m.‎ 答案：(1)12.75　10　(2)‎‎0.25 m ‎7．(2014年山东泰安高三质检)(1)下列说法正确的是(　　)‎ - 11 -‎ A．具有相同的质子数而中子数不同的原子互称同位素 B．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个 C.Pu与U的核内具有相同的中子数和不同的核子数 D．进行光谱分析时既可以用连续光谱，也可以用线状光谱 ‎(2)如图所示，质量为m2＝‎10 kg的滑块静止于光滑水平面上，一小球m1＝‎5 kg，以v1＝‎10 m/s的速度与滑块相碰后以‎2 m/s的速率被弹回．碰撞前两物体的总动能为________J，碰撞后两物体的总动能为________J，说明这次碰撞是________(选填“弹性碰撞”或“非弹性碰撞”)．‎ ‎(3)氢原子的能级如图所示，求：‎ ‎①当氢原子从n＝4向n＝2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为多少？‎ ‎②现有一群处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有多少种？‎ 解析：(1)同位素的质子数相同，中子数不同，A正确；某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少2个，B错误；Pu和U的核内具有相同的核子数和不同的中子数和质子数，C错误；进行光谱分析时只能用线状光谱，不能用连续光谱，D错误．‎ ‎(2)碰撞前总动能为m1v＝250 J，‎ 碰撞过程动量守恒有m1v1＝m2v2－m1v1′，‎ 得v2＝‎6 m/s，‎ 故碰撞后系统总动能为 m1v1′2＋m2v＝190 J