2014步步高高三物理二轮复习题九-第3课时.doc

第3课时原子物理和动量1 能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rnn2r1(n1,2,3，)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En(n1,2,3，)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn.2 原子核的衰变衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2H2nHenHe衰变规律质量数守恒、电荷数守恒3. 射线、射线、射线之间的区别名称射线射线射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强4. 核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2或Emc2.(3)核物理中，把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变(4)核能的计算：Emc2，其中m为核反应方程中的质量亏损；Em931.5 MeV，其中质量亏损m以原子质量单位u为单位(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：NHeOH查德威克发现中子的核反应方程为：BeHe6Cn约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：AlHePn，PSie5 光电效应及其方程(1)光电效应的规律：入射光的频率大于金属的极限频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；光电流的强度与入射光的强度成正比；光电子的发射几乎是瞬时的，一般不大于109 s.(2)光电效应方程：EkhW0.6 动量守恒定律(1)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2；或pp(系统相互作用前的总动量p等于系统相互作用后的总动量p)；或p0(系统总动量的增量为零)；或p1p2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量大小相等、方向相反)(2)动量守恒定律的适用条件系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力为零系统所受合力不为零，但在某一方向上系统所受外力的合力为零，则在该方向上系统动量守恒系统虽受外力，但外力远小于内力且作用时间极短，如碰撞、爆炸过程7 弹性碰撞与非弹性碰撞碰撞过程遵从动量守恒定律如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞；如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞8 碰撞问题同时遵守的三条原则(1)系统动量守恒原则(2)物理情景可行性原则(3)不违背能量守恒原则碰撞过程满足EkEk即m1vm2vm1v12m2v22或1 在书写核反应方程时，一般先满足质量数守恒，后满足电荷数守恒2 在处理粒子的碰撞和衰变问题时，通常应用动量守恒定律、质能方程和能量守恒定律综合分析题型1原子物理基础知识、核反应和动量的组合例1(1)以下说法中正确的是_A汤姆孙通过实验发现了质子B贝可勒尔通过实验发现了中子C卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型D查德威克发现了天然放射现象说明原子具有复杂结构(2)2012年11月23日上午，舰载机歼15在我国首艘航母“辽宁舰”上成功起降可控核反应堆是驱动航空母舰的理想设备，其工作原理是利用重核裂变反应释放出大量核能获得动力.UnBaKryX是若干核反应的一种，其中n为中子，X为待求粒子，y为X的个数，则X是_(选填“质子”、“中子”、“电子”)，y_.(3)如图1所示，一质量为0.5 kg的小球以2.0 m/s的速度和静止于光滑水平面上质量为1 kg的另一大小相等的小球B发生正碰，碰撞后它以0.2 m/s的速度反弹求：原来静止小球获得的速度大小；碰撞过程中损失的机械能图1解析(1)卢瑟福是质子的发现者，A错查德威克证实了中子的存在，B错法国科学家贝克勒尔发现U矿中有复杂射线，即天然放射现象，进一步研究说明原子还有复杂结构，因此D错误卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型并予以证实，C正确(2)根据电荷数守恒、质量数守恒判断出X为n，个数为3个(3)以向右为正方向，由动量守恒定律，有m1v10m1v1m2v2所以v21.1 m/sEm1vm1v12m2v220.385 J答案(1)C(2)中子3(3)1.1 m/s0.385 J以题说法运用动量守恒定律解题的步骤1确定研究对象(系统)；2做好受力分析，判断是否满足动量守恒的条件；3确定满足动量守恒的过程；4选取正方向，明确初、末状态；5列方程求解(1)下列说法正确的是_A一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为光的强度太弱B德布罗意认为一切物体都具有波粒二象性C比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时一定吸收能量D黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与温度有关(2)核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池可以让手机不充电使用5000年燃料中钚(Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：用氘核(H)轰击铀(U)生成镎(Np)和两个相同的粒子X，核反应方程是UHNp2X；镎(Np)放出一个粒子Y后转变成钚(Pu)，核反应方程是NpPuY.则X粒子的符号为_；Y粒子的符号为_(3)如图2甲，光滑水平面上有A、B两物体，已知A的质量为2 kg，A以一定的初速度向右运动，与B发生正碰后粘在一起向右运动，它们的位移时间图象如图乙，求：物体B的质量；A、B碰撞过程中损失的机械能图2答案(1)BD(2)ne(3)6 kg12 J解析(3)由题图乙知：碰前vA4 m/s，vB0碰后两者速度v1 m/s由动量守恒得mAvA(mAmB)v解得mB6 kg损失的机械能EmAv(mAmB)v212 J题型2原子物理基础知识、能级和动量的组合例2(1)质子与中子发生核反应，生成氘核，放出的能量为E，则_A氘核的比结合能是EB氘核的结合能是EC氘核中质子与中子间没有相互作用力D质子与中子的总质量小于氘核的质量(2)氢原子的能级如图3所示，原子从能级n3向n2跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，该金属的逸出功是_eV.用从能级n4向n1跃迁所放出的光子照射该金属，所产生光电子的最大初动能是_eV.图3(3)静止的钍(Th)核发生衰变时放出一个粒子而变成一个镤(Pa)核，同时产生了一个能量为的中微子已知真空中光速为c，普朗克常量为h.求：该中微子的频率：衰变后粒子和镤核的合动量的大小解析(3)根据h得设粒子和镤核的合动量为p1，中微子的动量为p2，根据动量守恒p1p20由p2，c，得p1所以粒子和镤核的合动量大小为答案(1)B(2)1.8910.86(3)题型3原子物理基础知识、光电效应和动量的组合例3(1)下列说法中正确的是_A利用射线可发现金属制品中的裂纹B.U原子核中，质子间的库仑力能使它自发裂变C在温度达到107 K时，H能与H发生聚变，这个反应需要吸收能量D一束C60分子通过双缝装置后会出现干涉图样，证明分子也会象光波一样表现出波动性(2)一光电管的阴极K用截止频率为0的金属钠制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，普朗克常量为h，电子的电荷量为e.用频率为的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是_；若在光电管阳极A和阴极K之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为_(3)1928年，德国物理学家玻特用粒子轰击轻金属铍时，发现有一种贯穿能力很强的中性射线，查德威克测出了它的速度不到光速的十分之一，否定了它是射线的说法，他用这种射线与氢核和氮核分别发生碰撞，求出了这种中性粒子的质量，从而发现了中子请写出粒子轰击铍核(Be)得到中子的方程式若中子以速度v0与一质量为mN的静止氮核发生碰撞，测得中子反向弹回的速率为v1，氮核碰后的速率为v2，则中子的质量m等于多少？解析(1)射线穿透本领差，不能发现金属制品中的裂纹，A错；构成原子核的核子间存在强大的核力，质子间的库仑力不能使它自发裂变，B错；在温度达到107 K时，H与H发生聚变不需吸收热量，C错；干涉是波特有的现象，D对(2)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能mvhW而Wh0.该光电子加速到达阳极动能最大，由动能定理mvmveU得mvh(0)eU.当反向电压取最小值时，具有最大初动能的电子在到达阳极前速度刚好减为0，即eUmv.(3)根据核反应方程满足电荷数守恒、质量数守恒即可写出正确的方程式以v0的方向为正方向，由动量守恒定律有：mv0mNv2mv1解得m答案(1)D(2)h(0)eU(3)BeHeCn(1)下列关于原子物理理论的说法错误的是_A普朗克假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍B德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，其动量p、波长，满足C贝可勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核具有复杂结构D玻尔的定态理论和跃迁理论，很好地解释了所有原子光谱的实验规律(2)美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率，算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以验证爱因斯坦光电效应方程的正确性实验结果表明，两种方法得出的普朗克常量h在误差允许的范围内是一致的图4是某次试验中得到的两种金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系图象，图中直线的斜率为k.若光电子的电荷量为e，根据图象可知，普朗克常量h_，两种金属的逸出功关系为W甲_W乙(选填“”、“”或“”)图4(3)卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素和一个质子其核反应方程为NHeOH.在此反应室内有“粒子、氮原子核、质子、氧的同位素”共存，它们间常发生碰撞设有速度为v的氮核与静止的质子发生弹性正碰，求碰撞后两个粒子的速度已知氮核的质量mN，质子的质量mH(只要求写出方程或方程组即可，不要求解方程)答案(1)D(2)ek4.51014Hz所以能发生光电效应2 (1)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如图2所示的是该实验装置的简化图下列说法不正确的是_(填写选项前的字母)图2A亮条纹是电子到达概率大的地方B该实验说明物质波理论是正确的C该实验再次说明光子具有波动性D该实验说明实物粒子具有波动性(2)核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5 000年燃料中钚(Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：用氘核(D)轰击铀(U)生成镎(Np238)和两个相同的粒子X，核反应方程是UDNp2X；镎(Np238)放出一个粒子Y后转变成钚(Pu)，核反应方程是NpPuY.则X粒子的符号为_；Y粒子的符号为_(3)一对正负电子相遇后转化为光子的过程被称为湮灭静止的一对正负电子湮灭会产生两个同频率的光子，且两个光子呈180背道而驰，这是为什么？电子质量m9.11031 kg，真空中光速c3108 m/s，普朗克常量为h6.631034 Js，求一对静止的正负电子湮灭后产生的光子的频率(结果保留两位有效数字)答案(1)C(2)ne(3)见解析解析(3)总动量要为0，遵循动量守恒2mc22h，1.21020Hz3 (1)下列说法正确的是_A普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说B汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构C光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量D对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应(2)如图3所示为氢原子的能级图，n为量子数在氢原子核外电子由量子数为2的轨道跃迁到量子数为3的轨道的过程中，将_(填“吸收”或“放出”)光子若该光子恰能使某金属发生光电效应，则一群处于量子数为4的激发态的氢原子在向基态跃迁过程中，有_种频率的光子能使该金属发生光电效应图3(3)室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素静止的氡核Rn放出一个粒子X后变成钋核Po，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能试回答以下问题：写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)；求粒子X的动能Ek2.答案(1)AC(2)吸收5(3)RnPoHe解析(1)汤姆孙发现了电子却不能证明有核式结构，实际上汤姆孙认为原子模型是枣糕模型；是卢瑟福于1911年提出的原子核式结构模型，B错误金属要发生光电效应，入射光频率要达到一定值，否则光强再大金属也不会发生光电效应，D错误(2)吸收光子电子能量增大才能向高能级跃迁.5种频率的光子分别为42,41,32,31,21.(3)设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子X的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律有0m1v1m2v2粒子X的动能Ek24 (1)关于下列四幅图说法正确的是_A原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的B光电效应实验说明了光具有粒子性C电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性D发现少数粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围(2)如图4所示为氢原子的能级图用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有_种，其中最短波长为_ m(已知普朗克常量h6.631034 Js)图4(3)速度为3 m/s的冰壶甲与静止的相同冰壶乙发生对心正碰，碰后甲以1 m/s的速度继续向前滑行求碰后瞬间冰壶乙的速度大小. 答案(1)BCD(2)109.5108(3)2 m/s解析(3)根据动量守恒定律m1v1m2v2m1v1m2v2代入数据解得v22 m/s5 (1)在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图5所示，则下列说法中正确的是_图5Aa光频率大于b光频率Ba光波长大于b光波长Ca光强度高于b光强度Da光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大(2)已知氢原子的基态能量为E1(E10)，激发态能量EnE1，其中n2、3.已知普朗克常量为h，真空中光速为c，吸收波长为_的光子能使氢原子从基态跃迁到n2的激发态；此激发态原子中的电子再吸收一个频率为的光子被电离后，电子的动能为_(3)一个初速度为v0的氧核(O)自发衰变成一个氮核(N