高考物理考點(diǎn)名師講義【專題14】原子物理和動(dòng)量(自選模塊)(含答案)

1、高考定位本專題考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)有：動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用；原子的能級(jí)躍遷；原子核的衰變規(guī)律；核反應(yīng)方程的書寫；質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；原子物理部分的物理學(xué)史和、三種射線的特點(diǎn)及應(yīng)用等應(yīng)考策略：本專題涉及的知識(shí)點(diǎn)多，而且多是科技前沿的知識(shí)，題目新穎，但難度不大，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基本概念和規(guī)律的理解，抓住動(dòng)量守恒定律和核反應(yīng)兩條主線，強(qiáng)化典型題目的訓(xùn)練，提高分析綜合題目的能力考題1原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、核反應(yīng)與動(dòng)量的組合例1 (1)下列說法正確的是_A玻爾原子理論不僅能解釋氫原子光譜，而且也能解釋其他原子光譜B法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)C.U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境

2、的不斷變化，半衰期可能變短D處于n3激發(fā)態(tài)的一群氫原子，自發(fā)躍遷時(shí)能發(fā)出3種不同頻率的光子(2)速度為v0的中子n擊中靜止的氮核N，生成碳核C和另一種新原子核，已知C與新核的速度方向與碰撞前中子的速度方向一致，碰后C核與新核的動(dòng)量之比為21.寫出核反應(yīng)方程求C與新核的速度各是多大？解析(2)設(shè)n、C、新核質(zhì)量分別為m0、m1和m2，碰后C、新核速度分別為v1、v2.由動(dòng)量守恒得m0v0m1v1m2v2又m1v12m2v2聯(lián)立求得：v1，v2答案(1)BD(2)NnCH1 (1)下列說法正確的是()A對(duì)黑體輻射的研究表明：隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的最大值向波長較長的方向移動(dòng)B電子的衍射圖樣表明實(shí)

3、物粒子也具有波動(dòng)性C射線是原子核外電子高速運(yùn)動(dòng)形成的D氫原子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)和從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)，前者躍遷輻射出的光子波長比后者的短(2)1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾在對(duì)含鈾的礦物進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，從而揭開了原子核的秘密靜止的鈾核U發(fā)生衰變后，生成新核Th并釋放出光子已知鈾的質(zhì)量為m1，粒子的質(zhì)量為m2，Th核的質(zhì)量為m3，并測(cè)得粒子的速度為v.(已知光在真空中的傳播速度為c)寫出核反應(yīng)方程式并求出此反應(yīng)過程中釋放的核能；求出反應(yīng)后Th核的速度大小答案(1)BD(2)UThHe(或UThHe)(m1m2m3)c2v(v也算對(duì))解析(2)UThHe(或UThHe)根

4、據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程Emc2得E(m1m2m3)c2.根據(jù)動(dòng)量守恒定律：m2vm3vTh0Th核的速度為：vThv(v也算對(duì))1核反應(yīng)方程的書寫(1)核反應(yīng)過程一般不可逆，所以核反應(yīng)方程中用“”表示方向而不能用等號(hào)代替(2)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，但核反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程2原子核的衰變(1)衰變實(shí)質(zhì)：衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并射出；衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，再將電子射出；衰變伴隨著衰變或衰變同時(shí)發(fā)生，不改變?cè)雍说馁|(zhì)

5、量數(shù)與電荷數(shù)，以光子形式釋放出衰變過程中產(chǎn)生的能量(2)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別、少數(shù)原子無意義考題2原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、能級(jí)與動(dòng)量的組合例2(2014·山東·39改編)(1)氫原子能級(jí)如圖1所示，當(dāng)氫原子從n3躍遷到n2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是_(雙選，填正確答案標(biāo)號(hào))圖1a氫原子從n2躍遷到n1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長大于656 nmb用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級(jí)c一群處于n3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線d用波長為633 nm的光照

6、射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級(jí)(2)如圖2所示，光滑水平直軌道上兩滑塊A、B用橡皮筋連接，A的質(zhì)量為m.開始時(shí)橡皮筋松弛，B靜止，給A向左的初速度v0.一段時(shí)間后，B與A同向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞并粘在一起，碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的兩倍，也是碰撞前瞬間B的速度的一半求B的質(zhì)量圖2解析(1)能級(jí)間躍遷輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差，能級(jí)差越大，輻射的光子頻率越大，波長越小，a錯(cuò)誤；由EmEnh可知，b錯(cuò)誤，d正確；根據(jù)C3可知，輻射的光子頻率最多3種，c正確(2)以初速度v0的方向?yàn)檎较?，設(shè)B的質(zhì)量為mB，A、B碰撞后的共同速度為v，由題意知：碰撞前瞬間A的速度為，碰撞前瞬間B

7、的速度為2v，由動(dòng)量守恒定律得m·2mBv(mmB)v，解得mB答案(1)cd(2)2 (1)下列說法中正確的是_A電子的衍射現(xiàn)象說明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性B裂變物質(zhì)體積小于臨界體積時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能進(jìn)行C原子核內(nèi)部一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一個(gè)中子時(shí)，會(huì)同時(shí)釋放出一個(gè)電子D235U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(jí)如圖3所示有一群處于n4能級(jí)的氫原子，若原子從n4向n2躍遷時(shí)所發(fā)出的光正好使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則：圖3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(yīng)；從n4向n1躍遷時(shí)發(fā)出的光照射該金屬，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為_ eV.圖4(3

8、)如圖4所示，質(zhì)量為2m的小滑塊P和質(zhì)量為m的小滑塊Q都視作質(zhì)點(diǎn)，與輕質(zhì)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(yùn)動(dòng)并與彈簧發(fā)生碰撞，問彈簧的彈性勢(shì)能最大時(shí)，P、Q的速度各為多大？答案(1)AB(2)410.2(3)均為v解析(2)一群處于n4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，因?yàn)閚4向n2躍遷所發(fā)生的光正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應(yīng)，所以只有n4躍遷到n1，n4躍遷到n2，n3躍遷到n1，n2躍遷到n1的光子能夠使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，即4種逸出功W0.85 eV3.40 eV2.55 eV，從而n4躍遷到n1輻射的光子能量最大，為0.85 eV13.6 eV12.75 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程

9、知，光電子的最大初動(dòng)能EkmhW012.75 eV2.55 eV10.2 eV.(3)當(dāng)彈簧的彈性勢(shì)能最大時(shí)，P、Q速度相等2mv0(2mm)v1，解得v1v關(guān)于原子躍遷要注意以下四方面：(1)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射的光譜條數(shù)N.(2)只有光子能量恰好等于躍遷所需的能量(hEmEn)時(shí)，光子才被吸收(3)“直接躍遷”只能對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)差，發(fā)射一種頻率的光子“間接躍遷”能對(duì)應(yīng)多個(gè)能級(jí)差，發(fā)射多種頻率的光子(4)入射光子能量大于電離能(hEEn)時(shí)，光子一定能被原子吸收并使之電離，剩余能量為自由電子的動(dòng)能考題3原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、光電效應(yīng)與動(dòng)量的組合例3 (1)下列說法正確的是_

10、A光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動(dòng)量B玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的C經(jīng)典物理學(xué)不能解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征D原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損(2)如圖5所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)由圖可知普朗克常量為_ J·s，金屬的截止頻率為_ Hz(已知1 eV1.60×1019 J)圖5(3)圖6如圖6所示，質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)小球在光滑水平面上分別以速度v1、v2同向運(yùn)動(dòng)，并發(fā)生對(duì)心碰撞，碰后m2被右側(cè)墻壁原

11、速彈回，又與m1碰撞，再一次碰撞后兩球都靜止求第一次碰后m1球速度的大小解析(1)光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動(dòng)量，故A正確；玻爾原子模型：電子的軌道是量子化，原子的能量是量子化，所以他提出能量量子化，故B正確；經(jīng)典物理學(xué)不能解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征，C正確；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，故D錯(cuò)誤(2)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkmhW0，Ekm圖象的斜率是普朗克常量h，由圖可知h6.5×1034 J·s；橫軸的截距大小等于截止頻率，由圖知該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz.(3)設(shè)兩個(gè)小球第一次碰后

12、速度的大小分別為v1和v2，由動(dòng)量守恒定律得：m1v1m2v2m1v1m2v2兩個(gè)小球再一次碰撞，m1v1m2v20得：v1.答案(1)ABC(2)6.5×10344.27×1014(3)3 (1)下列說法正確的是_A湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的棗糕模型B太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)C一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾膹?qiáng)度小D將放射性元素?fù)诫s到其它穩(wěn)定元素中，并降低其溫度，該元素的半衰期將增大(2)圖7如圖7所示，某光電管的陰極K用截止頻率為0的金屬鈉制成，光電管陽極A和陰極K之間的正向電壓為U，普朗克常量為h，電子的電荷量為e.用頻率為

13、的紫外線照射陰極K，有光電子逸出，光電子到達(dá)陽極的最大動(dòng)能是_；若在光電管陽極A和陰極K之間加反向電壓，要使光電子都不能到達(dá)陽極，反向電壓至少為_(3)圖8如圖8所示，1928年德國物理學(xué)家玻特用粒子(He)轟擊輕金屬鈹(Be)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種貫穿能力很強(qiáng)的中性射線查德威克對(duì)該粒子進(jìn)行研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了一種新的粒子中子寫出粒子轟擊輕金屬鈹?shù)暮朔磻?yīng)方程若中子以速率v0與一質(zhì)量為mN的靜止氮核發(fā)生碰撞，測(cè)得中子反向彈回的速率為v1，氮核碰后的速率為v2，則中子的質(zhì)量m等于多少？答案(1)AB(2)eUhh0(3)HeBeCnmN解析(1)一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾念l率小，所

14、以C錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與物理、化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，故溫度降低，半衰期不變，所以D錯(cuò)誤(2)由題意知，金屬鈉的逸出功為W0h0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hW0Ek，可求電子離開金屬時(shí)的動(dòng)能Ekhh0，再根據(jù)動(dòng)能定理可求光電子到達(dá)陽極時(shí)的動(dòng)能EkeUEkeUhh0；再根據(jù)動(dòng)能定理eUCEk，可求UC.(3)根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，該核反應(yīng)方程為HeBeCn根據(jù)動(dòng)量守恒可得：mv0mv1mNv2解得mmN處理光電效應(yīng)問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)能大知識(shí)專題練訓(xùn)練14題組1原子物

15、理基礎(chǔ)知識(shí)、核反應(yīng)與動(dòng)量的組合1(單選)(2014·重慶·1)碘131的半衰期約為8天，若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中碘131的含量大約還有()A. B. C. D.答案C解析經(jīng)過n個(gè)半衰期剩余碘131的含量mmn.因32天為碘131的4個(gè)半衰期，故剩余碘131含量：mm4，選項(xiàng)C正確2(1)(單選)下列說法中正確的是()A結(jié)合能越小，原子核越穩(wěn)定B一群氫原子從n4的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，有可能輻射出6種不同頻率的光子C盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的D衰變中產(chǎn)生的射線實(shí)際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛形成的(2)一個(gè)靜止的氮核

16、N俘獲一個(gè)速度為2.3×107 m/s的中子生成一個(gè)復(fù)核A，A又衰變成B、C兩個(gè)新核設(shè)B、C的速度方向與中子的速度方向相同，B的質(zhì)量數(shù)是中子質(zhì)量數(shù)的11倍，B的速度是106 m/s，B、C兩原子核的電荷數(shù)之比為52.寫出氮核N俘獲中子生成A的核反應(yīng)方程；若質(zhì)量數(shù)之比可視做質(zhì)量之比，求C核的速度大小答案(1)B(2)NnN3×106 m/s解析(2)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，B、C電荷數(shù)之和為7，因?yàn)锽、C兩原子核的電荷數(shù)之比為52，則C的電荷數(shù)為2，B、C質(zhì)量數(shù)之和為15.因?yàn)锽的質(zhì)量是中子的11倍，則B的質(zhì)量數(shù)為11，C的質(zhì)量數(shù)為4，所以C為粒子根據(jù)動(dòng)量守恒得，mnv

17、nmBvBmCvC，代入數(shù)據(jù)解得vC3×106 m/s.題組2原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、能級(jí)與動(dòng)量的組合3 (1)氫原子輻射出一個(gè)光子之后，根據(jù)玻爾理論，下面敘述正確的是_A原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)B電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑減小C電子繞核運(yùn)動(dòng)的周期不變D原子的電勢(shì)能減小E電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小(2)如圖1所示，在光滑的水平面上，靜止的物體B側(cè)面固定一個(gè)輕彈簧，物體A以速度v0沿水平方向向右運(yùn)動(dòng)，通過彈簧與物體B發(fā)生作用，兩物體的質(zhì)量均為m.圖1求它們相互作用過程中彈簧獲得的最大彈性勢(shì)能Ep；若B的質(zhì)量變?yōu)?m，再使物體A以同樣的速度通過彈簧與靜止的物體B發(fā)生作用，求當(dāng)彈簧獲得的彈性勢(shì)能也為Ep時(shí)，

18、物體A的速度大小答案(1)ABD(2)mvv0或0解析(2)當(dāng)A、B速度相同時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能最大則mv02mvmv×2mv2Ep解得Epmv當(dāng)B的質(zhì)量為2m時(shí)，設(shè)A、B的速度分別為v1、v2，有mv0mv12mv2mvmv×2mvEp解得v1v0或v10.當(dāng)v1v0時(shí)，v2v0，運(yùn)動(dòng)方向水平向右，符合條件；當(dāng)v10時(shí)，v2v0，運(yùn)動(dòng)方向水平向右，也符合條件題組3原子物理基礎(chǔ)知識(shí)、光電效應(yīng)與動(dòng)量的組合4 (1)如圖2所示，電路中所有元件完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，可能的原因是_圖2A入射光強(qiáng)度較弱B入射光波長太長C光照射時(shí)間太短D電源正負(fù)極接反(2)如圖3為實(shí)驗(yàn)室常用的氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒的裝置兩帶有等寬遮光條的滑塊A和B，質(zhì)量分別為mA、mB，在A、B間用細(xì)線水平壓住一輕彈簧，將其置于氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌使其能實(shí)現(xiàn)自由靜止，這是表明_，燒斷細(xì)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(shí)間分別為tA和tB，若有關(guān)系式_，則說明該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒圖3(3)P是人類首先制造出的放射性同位素，其半衰期為2.5 min，能衰變?yōu)镾i和一個(gè)未知粒子寫出該衰變的方程；已知容器中原有純P的質(zhì)量為m，求5 min后容器中剩余P的質(zhì)量答案