2020高考物理二輪 專題訓(xùn)練24 原子物理(選修3－5)

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1、訓(xùn)練24　動量　原子物理(選修3－5) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(8分)(1)氫原子的基態(tài)能量為－13.6 eV，則氫原子第三能級的能量為_______ eV；要使一個處于基態(tài)的氫原子釋放出一個電子而變成為氫離子，該氫原子需要吸收的能量至少是_______ eV． (2)靜止的鋰核Li俘獲一個速度為8106 m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核He，它的速度大小是3.5106 m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同，試寫出核反應(yīng)方程，并求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小． 2．(8分)(1)如圖1所示為氫原子的能級示意圖， 圖1

2、 一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷的過程中，這群氫原子最多能發(fā)出______種頻率的光，其中從n＝____能級躍遷到n＝______能級所發(fā)出光的頻率最?。? (2)如圖2所示，木塊A的質(zhì)量mA＝1 kg，足夠長的木板B的質(zhì)量mB＝4 kg，質(zhì)量mC＝4 kg的木塊C置于木板B的右端，已知水平地面光滑，B、C之間有摩擦．現(xiàn)使A以v0＝12 m/s的初速度向右運(yùn)動，與B碰撞后以4 m/s速率彈回，求此后運(yùn)動過程中， 圖2 ①木板B的最大速率； ②木塊C的最大速率． 3．(8分)(1)利用α粒子散射實驗最早提出原子核式結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)家是______；他還利用α粒子轟擊N(

3、氮核)生成O和另一種粒子，寫出該核反應(yīng)方程是__________________． (2)兩物塊A、B用輕彈簧相連，質(zhì)量均為2 kg，初始時彈簧處于原長，A、B兩物塊都以v＝6 m/s的速度在光滑的水平地面上向右運(yùn)動，質(zhì)量為4 kg的物塊C靜止在前方，如圖3所示．B與C碰撞后二者會粘在一起運(yùn)動． 圖3 求：①B與C碰撞后瞬間B與C的共同速度； ②當(dāng)彈簧的彈性勢能最大時，物塊A的速度為多大？ 4．(8分)(1)我國科學(xué)家經(jīng)過艱苦努力，率先建成了世界上第一個全超導(dǎo)試驗裝置并調(diào)試成功．這種裝置被稱為“人造太陽”，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態(tài)的核子發(fā)生聚變并穩(wěn)定持續(xù)的輸

4、出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔能源．在該裝置內(nèi)發(fā)生的核反應(yīng)方程是H＋H→He＋X，其中粒子X的符號是____．已知H的質(zhì)量是m1，H的質(zhì)量是m2，He的質(zhì)量是m3，X的質(zhì)量是m4，光速是c，則發(fā)生一次上述聚變反應(yīng)所釋放的核能表達(dá)式為ΔE＝______________________． (2)在光滑水平面上，甲、乙兩物體的質(zhì)量分別是m1、m2，它們沿一條直線相向運(yùn)動，其中甲物體運(yùn)動速度v1的大小是6 m/s，乙物體運(yùn)動速度v2的大小是2 m/s．已知兩物體碰撞后各自沿著原方向的反方向運(yùn)動，速度v的大小都是4 m/s，求甲乙兩物體的質(zhì)量之比． 5．(8分)(1)(3分)2020年北京奧

5、運(yùn)會場館周圍80%～90%的路燈利用太陽能發(fā)電技術(shù)來供電，奧運(yùn)會90%的洗浴熱水采用全真空太陽能集熱技術(shù)．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部4個氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個氦核(He)和兩個正電子(e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.007 3 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.001 5 u，電子的質(zhì)量me＝0.000 5 u．l u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量． ①寫出該熱核反應(yīng)方程． ②一次這樣的熱核反應(yīng)過程可釋放出多少MeV的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字) (2)(5分)如圖4所示，質(zhì)量均為m的小滑塊P和Q均可視為質(zhì)點，與輕質(zhì)彈簧相連的Q靜

6、止在光滑水平面上，P以某一初速度v向Q運(yùn)動并與彈簧發(fā)生碰撞，在整個過程中，彈簧具有的最大彈性勢能等于多少？ 圖4 6．(8分)(1)某原子X經(jīng)過2次α衰變，4次β衰變后變?yōu)閅，那么n與p的數(shù)學(xué)關(guān)系式為________；m與q的數(shù)學(xué)關(guān)系式為________； (2)在同一平直鋼軌上有A、B、C三節(jié)車廂，質(zhì)量分別為m、2m、3m，速率分別為v、v、2v，其速度方向如圖5所示．若B、C車廂碰撞后，粘合在一起，然后與A車廂再次發(fā)生碰撞，碰后三節(jié)車廂粘合在一起，摩擦阻力不計，求最終三節(jié)車廂粘合在一起的共同速度． 圖5 7．(8分)(1)在下列四個核反應(yīng)方程中，x1、x2、x3和x4各代

7、表某種粒子 ①H＋x1→He＋n ②N＋He→O＋x2 ③Be＋He→C＋x3 ④Mg＋He→Al＋x4 以下判斷中正確的是(　　) A．x1是質(zhì)子 B．x2是中子 C．x3是中子 D．x4是質(zhì)子 (2)如圖6所示，質(zhì)量為m＝1 kg的滑塊，以v0＝5 m/s的水平初速度滑上靜止在光滑水平面上的平板小車，小車足夠長，質(zhì)量M＝4 kg．求： 圖6 ①滑塊與小車的共同速度v； ②整個運(yùn)動過程中產(chǎn)生的內(nèi)能E． 8．(8分)太陽的能量來自氫核聚變：即四個質(zhì)子(氫核)聚變一個α粒子，同時發(fā)射兩個正電子和兩個沒有質(zhì)量的中微子．如果太陽輻射能量的功率為P，

8、質(zhì)子H、氦核He、正電子e的質(zhì)量分別為mp、mHe、me，真空的光速為c，則： (1)寫出上述核反應(yīng)方程式； (2)計算每一次聚變所釋放的能量ΔE； (3)計算t時間內(nèi)因聚變生成的α粒子數(shù)n． 9．(8分)(1)(4分)下列說法中正確的是____ A．X射線是處于激發(fā)態(tài)的原子核輻射出的 B．一群處于n＝3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時能發(fā)出3種不同頻率的光 C．放射性元素發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)增加1 D．U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短 (2)(4分)質(zhì)量為M的木塊在光滑水平面上以速率v1向右運(yùn)動，質(zhì)量為m的子彈以速率v2水平向左射入木塊，假設(shè)子

9、彈射入木塊后均未穿出，且在第N顆子彈射入后，木塊恰好停下來，求N的數(shù)值． 10． (8分)(1)(2分)請將下列兩個核反應(yīng)方程補(bǔ)充完整． ①He＋N→O＋________ ②U＋n→Xe＋Sr＋________ (2)(6分)如圖7所示，在實驗室用兩端帶有豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A和B做“探究碰撞中的守恒量”的實驗，實驗步驟如下： 圖7 Ⅰ．把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放入一輕彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)； Ⅱ．按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運(yùn)

10、動時間的電子計時器，當(dāng)A和B與固定擋板C和D碰撞時，電子計時器自動停表，記下A至C的運(yùn)動時間t1，B至D的運(yùn)動時間t2； Ⅲ．重復(fù)幾次，取t1和t2的平均值． ①在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時應(yīng)注意________；②應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有________；③只要關(guān)系式__________成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和． 答案 1．(1)－1.51　13.6　(2) Li＋n→He＋H　2×106 m/s 2．(1)3　3　2　(2)①4 m/s?、? m/s 3．(1)見解析　(2)①2 m/s ②3 m/s 解析　(1)盧瑟福(1分) N＋He→O＋H(1分) (2)①B、C碰撞

11、時B、C組成的系統(tǒng)動量守恒，設(shè)碰后瞬間B、C兩者速度為vBC，則 mBv＝(mB＋mC)vBC(2分) vBC＝ m/s＝2 m/s(1分) ②當(dāng)A、B、C三者的速度相等時彈簧的彈性勢能最大．由A、B、C三者組成的系統(tǒng)動量守恒，(mA＋mB)v＝(mA＋mB＋mC)vA(2分) 解得vA＝ m/s＝3 m/s(1分) 4．(1) n　(m1＋m2－m3－m4)c2　(2)3:5 5．(1)①4H→He＋2e ②24.87 MeV (2)mv2 6．(1)見解析　(2)大小為，方向向左 解析　(1)n－8＝p(1分)m＝q(1分) (2)由動量守恒定律：mv＋2mv＋3m(－

12、2v)＝(m＋2m＋3m)v′(4分) 解得：v′＝－v(1分)，方向向左．(1分) 7．(1)CD　(2)①1 m/s ②10 J 8．(1)見解析　(2)(4mp－mHe－2me)c2 (3) 解析　(1)核反應(yīng)方程式為 4H→He＋2e① (2)由愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2② 核反應(yīng)所釋放的能量為 ΔE＝(4mp－mHe－2me)c2③ (3)由能量關(guān)系得Pt＝nΔE④ 得n＝＝⑤ 評分標(biāo)準(zhǔn)：本題共8分，②④式各1分，其它各2分 9．(1)BC　(2) 10．(1)①H?、?n (2)①使氣墊導(dǎo)軌水平(2分) ②滑塊A的左端到擋板C的距離x1和滑塊B的右端到擋板D的距離x2(2分) ③＝(2分)