15導(dǎo)航卷十五動量守恒與原子物理

1、導(dǎo)航卷十五動量守恒與原子物理(時間：45分鐘)1(2015新課標全國卷，35)(15分) (1)(5分)在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為_，所用材料的逸出功可表示為_。 (2)(10分)如圖，在足夠長的光滑水平面上，物體A、B、C位于同一直線上，A位于B、C之間。A的質(zhì)量為m，B、C的質(zhì)量都為M，三者均處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)使A以某一速度向右運動，求m和M之間應(yīng)滿足什么條件，才能使A只與B、C各發(fā)生一次碰撞。設(shè)物體間的碰撞都是彈性的。2(2015新課標全國卷，35)(15分)(1)(5

2、分)實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是_。(填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分)A電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)(2)(10分)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，從光滑路段進入粗糙路段。兩者的位置x隨時間t變化的圖象如圖所示。求：()滑塊a、b的質(zhì)量之比；()整個運

3、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。3(2015山東理綜，39)(12分)(1)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是_。(雙選，填正確答案標號)a該古木的年代距今約5700年b12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)c14C衰變?yōu)?4N的過程中放出射線d增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變 (2)如圖，三個質(zhì)量相同的滑塊A、B、C，間隔相等地靜置于同一水平直軌道上?，F(xiàn)給滑塊A向

4、右的初速度v0，一段時間后A與B發(fā)生碰撞，碰后A、B分別以v0、v0的速度向右運動，B再與C發(fā)生碰撞，碰后B、C粘在一起向右運動。滑塊A、B與軌道間的動摩擦因數(shù)為同一恒定值。兩次碰撞時間均極短。求B、C碰后瞬間共同速度的大小。4(2015江蘇單科，12C)(12分)(1)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有_。A光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等(2)核電站利用原子核鏈式反應(yīng)放出的巨大能量進行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個中子轟擊后裂變成Ba和K

5、r兩部分，并產(chǎn)生_個中子。要使鏈式反應(yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。(3)取質(zhì)子的質(zhì)量mp1.672 61027kg，中子的質(zhì)量mn1.674 91027 kg，粒子的質(zhì)量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s。請計算粒子的結(jié)合能。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)5(2015海南單科，17)(12分)(1)(4分)氫原子基態(tài)的能量為E113.6 eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率最大的光子能量為0.96E1，頻率最小的光子的能量為_eV(保留2位有效數(shù)字)，這些光子可具有_種不同的頻率。(2)(8分)運動的

6、原子核X放出粒子后變成靜止的原子核Y。已知X、Y和粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，粒子的速度遠小于光速。求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及粒子的動能。導(dǎo)航卷十五動量守恒與原子物理1【詳細分析】(1)光電效應(yīng)中，入射光子能量h，克服逸出功W0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動能，反向遏止電壓eUchW0，整理得Uc，斜率即k，所以普朗克常量hek，截距為b，即ebW0，所以逸出功W0eb。(2)設(shè)A運動的初速度為v0，A向右運動與C發(fā)生碰撞，由動量守恒定律得mv0mv1Mv2由機械能守恒定律得mvmvMv可得v1v0，v2v0要使得A與B能發(fā)生碰撞，需要滿足v10，即mMA反向向左運動與B

7、發(fā)生碰撞過程，有mv1mv3Mv4mvmvMv整理可得v3v1()2v0，v4v1由于mM，所以A還會向右運動，根據(jù)要求不發(fā)生第二次碰撞，需要滿足v3v2即v0()2v0整理可得m24MmM2解方程可得m(2)M所以使A只與B、C各發(fā)生一次碰撞，須滿足(2)MmM答案(1)ekeb(2)(2)MmM2【詳細分析】(1)電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，可以說明電子是一種波，故A正確；射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡，可以說明射線是一種粒子，故B錯誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，中子衍射說明中子是一種波，故C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用了電子束的衍射現(xiàn)象，說明

8、電子束是一種波，故D正確；光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，說明光是一種粒子，故E錯誤。(2)()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v12 m/sv21 m/sa、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 m/s由動量守恒定律得m1v1m2v2(m1m2)v聯(lián)立式得m1m218()由能量守恒定律得，兩滑塊因碰撞而損失的機械能為Em1vm2v(m1m2)v2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(m1m2)v2聯(lián)立式，并代入題給數(shù)據(jù)得WE12答案(1)AC

9、D(1)()18()123【詳細分析】(1)因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過的時間為一個半衰期，即該古木的年代距今約為5 700年，選項a正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項b錯誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子，即發(fā)出射線，選項c正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項d錯誤；(2)設(shè)滑塊質(zhì)量為m，A與B碰撞前A的速度為vA，由題意知，碰后A的速度vAv0，B的速度vBv0，由動量守恒定律得mvAmvAmvB設(shè)碰撞前A克服軌道阻力所做的功為WA，由功能關(guān)系得WAmvmv設(shè)B與C碰撞前B

10、的速度為vB，B克服軌道阻力所做的功為WB，由功能關(guān)系得WBmvmvB2據(jù)題意可知WAWB設(shè)B、C碰后瞬間共同速度的大小為v，由動量守恒定律得mvB2mv聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得vv0答案(1)ac(2)v04【詳細分析】(1)光電效應(yīng)說明光的粒子性，所以A正確；熱中子束在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運動的實物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C錯誤；根據(jù)德布羅意波長公式，p22mEk，又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波較短，所以D錯誤。(2)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：UnBaKr3n，可見產(chǎn)生了3個中子，鏈式反應(yīng)的一個條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積。(3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，可求：E(2mp2mnm)c24.31012 J。答案(1)AB(2)3大于(3)4.31012 J5【詳細分析】(1)頻率最大的光子能量為0.96E1，即EnE10.96E1，則EnE10.96E1(13.6 eV)0.96(13.6 eV)0.54 eV，即n5，從n5能級開始躍遷，這些光子能發(fā)出的頻率數(shù)n10種。頻率最小的光子是從n5能級躍遷到n4能級，其能量為Emi