高考物理二輪復(fù)習(xí) 訓(xùn)練17 專題九 碰撞與動量守恒 近代物理初步
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訓(xùn)練17 碰撞與動量守恒 近代物理初步 1.(8分)物理學(xué)家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動物理學(xué)的發(fā)展．下列說法符合事實的是( ) A．赫茲通過一系列實驗，證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論 B．查德威克用α粒子轟擊7N獲得反沖核8O，發(fā)現(xiàn)了中子 C．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu) D．盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 解析：本題考查物理學(xué)史及其相關(guān)的知識點，意在考查學(xué)生對近代物理史實的識記能力． 赫茲通過一系列實驗，得到了電磁波，證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，選項A正確．查德威克用α粒子轟擊Be，獲得反沖核6C，發(fā)現(xiàn)了中子，選項B錯誤．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項C正確．盧瑟福通過對α粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項D錯誤． 解答此題的易錯點主要有兩處：一是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；二是盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的實驗依據(jù)．這就警示我們，對一些物理學(xué)史上的重大事件，一定要準(zhǔn)確了解，不能似是而非． 答案：AC 2．(16分)(1)下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識，正確的是( ) A．γ射線是高速運動的電子流 B．氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大 C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變 D.83Bi的半衰期是5天，100克83Bi經(jīng)過10天后還剩下50克 (2)(多選)如圖為氫原子的能級示意圖，鋅的逸出功是3.34 eV，那么對氫原子在能級躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的特征認(rèn)識正確的是( ) A．用氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時發(fā)射的光照射鋅板一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng) B．一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光 C．一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為8.75 eV D．用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氧原子躍遷到激發(fā)態(tài) E．用能量為14.0 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離 解析：(1)γ射線是光子，A錯；氫原子輻射光子后能量變小，繞核運動的V半徑變小，動能增大，B對；太陽輻射能量來自于太陽中輕核聚變，C錯；100克83Bi經(jīng)過10天還剩25克，D錯． (2)氫原子從高能級向低能級躍遷時能量將以光子的形式輻射出來，而氫原子從高能級躍遷到基態(tài)輻射光子能量的最小值為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，遠大于鋅的逸出功，所以鋅板一定可以發(fā)生光電效應(yīng)，A錯誤；一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，輻射光子數(shù)目為C＝3，B正確；一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時輻射光子的最大能量為—1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，克服逸出功后剩余的動能即為最大初動能，為12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正確；當(dāng)氫原子吸收的光子能量剛好等于能級差時，氫原子會躍遷到對應(yīng)的高能級上去，由于沒有任何一個高能級與基態(tài)的能級差等于10.3 eV，而且又不足以躍遷到無窮遠發(fā)生電離，所以用能量為10.3 eV的光子照射，不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷，D錯誤；用能量為14.0 eV的光子照射，氫原子可以從基態(tài)躍遷到無窮遠，多余的能量轉(zhuǎn)化為電離后的動能，E正確． 答案：(1)B (2)BCE 3．(12分)如圖所示，方盒A靜止在光滑的水平面上，盒內(nèi)有一小滑塊B，盒的質(zhì)量是滑塊的2倍，滑塊與盒內(nèi)水平面間的動摩擦因數(shù)為μ.若滑塊以速度v開始向左運動，與盒的左、右壁發(fā)生無機械能損失的碰撞，滑塊在盒中來回運動多次，最終相對于盒靜止，則此時盒的速度大小為________，滑塊相對于盒運動的路程為________． 解析：本題主要考查動量守恒定律、功能關(guān)系及其相關(guān)知識點，意在考查學(xué)生運用相關(guān)知識解決問題的能力． 設(shè)滑塊B質(zhì)量為m，則方盒A的質(zhì)量為2m.滑塊B與方盒A構(gòu)成的系統(tǒng)，在水平方向所受的合外力為零，由動量守恒定律可得，mv＝(m＋2m)v′，解得二者相對靜止時方盒A的速度v′＝.設(shè)滑塊B相對方盒A運動的路程為L，由功能關(guān)系，可得－μmgL＝3mv′2－mv2，解得L＝. 答案： 4．(12分)(1)(多選)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．現(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( ) A．該古木的年代距今約5700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D．增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變 (2)一質(zhì)量為0.5 kg的小物塊放在水平地面上的A點，距離A點5 m的位置B處是一面墻，如圖所示．物塊以v0＝9 m/s的初速度從A點沿AB方向運動，在與墻壁碰撞前瞬間的速度為7 m/s，碰后以6 m/s的速度反向運動直至靜止．g取10 m/s2. ①求物塊與地面間的動摩擦因數(shù)μ； ②若碰撞時間為0. 05 s，求碰撞過程中墻面對物塊平均作用力的大小F； ③求物塊在反向運動過程中克服摩擦力所做的功W. 解析：(1)剩余的碳14C占，表明經(jīng)過了一個半衰期，A正確；14C、13C、12C的質(zhì)子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)不同，中子數(shù)不同，B錯誤；14C變?yōu)?4N，質(zhì)量數(shù)未變，放出的是電子流，即β射線，C正確；半衰期不受外界環(huán)境影響，D錯誤． (2)①由動能定理得 －μmgs＝mv2－mv 代入數(shù)據(jù)解得μ＝0.32 ②由動量定理得FΔt＝mv′－mv 代入數(shù)據(jù)解得F＝130 N ③物塊反向運動過程中克服摩擦力所做的功等于物塊動能的減少量 即W＝mv′2＝9 J 答案：(1)AC (2)①0.32?、?30 N ③9 J 5．(12分)動量定理可以表示為Δp＝FΔt，其中動量p和力F都是矢量．在運用動量定理處理二維問題時，可以在相互垂直的x、y兩個方向上分別研究．例如，質(zhì)量為m的小球斜射到木板上，入射的角度是θ，碰撞后彈出的角度也是θ，碰撞前后的速度大小都是v，如圖所示．碰撞過程中忽略小球所受重力． a．分別求出碰撞前后x、y方向小球的動量變化Δpx、Δpy； b．分析說明小球?qū)δ景宓淖饔昧Φ姆较颍? 解析：a.x方向：動量變化為Δpx＝mvsinθ－mvsinθ＝0 y方向：動量變化為Δpy＝mvcosθ－(－mvcosθ)＝2mvcosθ 方向沿y軸正方向 b．根據(jù)動量定理可知，木板對小球作用力的方向沿y軸正方向；根據(jù)牛頓第三定律可知，小球?qū)δ景遄饔昧Φ姆较蜓貀軸負(fù)方向． 6．(14分)(1)(多選)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法正確的是( ) A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損，要吸收能量 B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能 C．已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強度，則逸出光電子的最大初動能增大 D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度 E．在核反應(yīng)堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏 (2)滑塊a、b沿水平面上同一條直線發(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： ①滑塊a、b的質(zhì)量之比； ②整個運動過程中，兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機械能之比． 解析：(1)原子核D、E聚變成原子核F，放出能量，A錯；A裂變成B、C，放出能量，B對；增加入射光強度，光電子的最大初動能不變，C錯；鎘棒能吸收中子，可控制核反應(yīng)速度，D正確；修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏，E正確． (2)①設(shè)a、b的質(zhì)量分別為m1、m2，a、b碰撞前的速度為v1、v2.由題圖得 v1＝－2 m/s v2＝1 m/s a、b發(fā)生完全非彈性碰撞，碰撞后兩滑塊的共同速度為v.由題圖得 v＝ m/s 由動量守恒定律得 m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v 聯(lián)立可得m1∶m2＝1∶8 ②由能量守恒定律得，兩滑塊因碰撞而損失的機械能為 ΔE＝m1v＋m2v－(m1＋m2)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＝(m1＋m2)v2 聯(lián)立以上兩式，并代入數(shù)據(jù)得 W∶ΔE＝1∶2 答案：(1)BDE (2)①1∶8?、?∶2 7．(12分) (1)氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一．其衰變方程是86Rn→84Po＋________.已知86Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過________天，16 g的Rn衰變后還剩1 g. (2)如圖所示，一水平面上P點左側(cè)光滑，右側(cè)粗糙，質(zhì)量為m的劈A在水平面上靜止，上表面光滑，A軌道右端與水平面平滑連接，質(zhì)量為M的物塊B恰好放在水平面上P點，物塊B與水平面的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2.一質(zhì)量為m的小球C位于劈A的斜面上，距水平面的高度為h＝0.9 m．小球C從靜止開始滑下，然后與B發(fā)生正碰(碰撞時間極短，且無機械能損失)．已知M＝2 m，g＝10 m/s2，求： ①小球C與劈A分離時，C的速度大小v0； ②小球C與物塊B碰后的速度vC和物塊B的運動時間． 解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得衰變方程： 86Rn→84Po＋He 根據(jù)衰變規(guī)律m＝m0() 代入數(shù)值解得t＝15.2天 (2)①球C與劈A組成的系統(tǒng)在水平方向動量守恒、能量守恒，有 0＝mv0－mvA mgh＝mv＋mv 解得v0＝3 m/s ②小球C與B發(fā)生正碰后速度分別為vC和vB，規(guī)定向右為正方向，由動量守恒定律得 mv0＝mvC＋MvB 機械能不損失，有 mv＝mv＋Mv 代入M＝2m，得vB＝＝2 m/s vC＝－＝－1 m/s(負(fù)號說明小球C最后向左運動) 物塊B減速至停止運動的時間設(shè)為t，由動量定理得－μMgt＝0－MvB 解得t＝＝1 s 答案：(1)He 15.2 (2)①3 m/s ②1 m/s，方向向左 1 s 8．(14分)如圖所示，一質(zhì)量為M的平板車B放在光滑水平面上，在其右端放一質(zhì)量為m的小木塊A，m下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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