高考物理考点名师讲义【专题14】原子物理和动量(自选模块)(含答案)

1、高考定位本专题考查的重点和热点有：动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁；原子核的衰变规律；核反应方程的书写；质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和、三种射线的特点及应用等应考策略：本专题涉及的知识点多，而且多是科技前沿的知识，题目新颖，但难度不大，因此应加强对基本概念和规律的理解，抓住动量守恒定律和核反应两条主线，强化典型题目的训练，提高分析综合题目的能力考题1原子物理基础知识、核反应与动量的组合例1 (1)下列说法正确的是_A玻尔原子理论不仅能解释氢原子光谱，而且也能解释其他原子光谱B法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂结构C.U的半衰期约为7亿年，随着地球环境

2、的不断变化，半衰期可能变短D处于n3激发态的一群氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光子(2)速度为v0的中子n击中静止的氮核N，生成碳核C和另一种新原子核，已知C与新核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后C核与新核的动量之比为21.写出核反应方程求C与新核的速度各是多大？解析(2)设n、C、新核质量分别为m0、m1和m2，碰后C、新核速度分别为v1、v2.由动量守恒得m0v0m1v1m2v2又m1v12m2v2联立求得：v1，v2答案(1)BD(2)NnCH1 (1)下列说法正确的是()A对黑体辐射的研究表明：随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较长的方向移动B电子的衍射图样表明实

3、物粒子也具有波动性C射线是原子核外电子高速运动形成的D氢原子从n3能级跃迁到n1能级和从n2能级跃迁到n1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短(2)1896年法国物理学家贝克勒尔在对含铀的矿物进行研究时，发现了天然放射现象，从而揭开了原子核的秘密静止的铀核U发生衰变后，生成新核Th并释放出光子已知铀的质量为m1，粒子的质量为m2，Th核的质量为m3，并测得粒子的速度为v.(已知光在真空中的传播速度为c)写出核反应方程式并求出此反应过程中释放的核能；求出反应后Th核的速度大小答案(1)BD(2)UThHe(或UThHe)(m1m2m3)c2v(v也算对)解析(2)UThHe(或UThHe)根

4、据爱因斯坦的质能方程Emc2得E(m1m2m3)c2.根据动量守恒定律：m2vm3vTh0Th核的速度为：vThv(v也算对)1核反应方程的书写(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替(2)核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程2原子核的衰变(1)衰变实质：衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；衰变伴随着衰变或衰变同时发生，不改变原子核的质

5、量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中产生的能量(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义考题2原子物理基础知识、能级与动量的组合例2(2014·山东·39改编)(1)氢原子能级如图1所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是_(双选，填正确答案标号)图1a氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmb用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级c一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d用波长为633 nm的光照

6、射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级(2)如图2所示，光滑水平直轨道上两滑块A、B用橡皮筋连接，A的质量为m.开始时橡皮筋松弛，B静止，给A向左的初速度v0.一段时间后，B与A同向运动发生碰撞并粘在一起，碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍，也是碰撞前瞬间B的速度的一半求B的质量图2解析(1)能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，a错误；由EmEnh可知，b错误，d正确；根据C3可知，辐射的光子频率最多3种，c正确(2)以初速度v0的方向为正方向，设B的质量为mB，A、B碰撞后的共同速度为v，由题意知：碰撞前瞬间A的速度为，碰撞前瞬间B

7、的速度为2v，由动量守恒定律得m·2mBv(mmB)v，解得mB答案(1)cd(2)2 (1)下列说法中正确的是_A电子的衍射现象说明实物粒子也具有波动性B裂变物质体积小于临界体积时，链式反应不能进行C原子核内部一个质子转化成一个中子时，会同时释放出一个电子D235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短(2)氢原子的能级如图3所示有一群处于n4能级的氢原子，若原子从n4向n2跃迁时所发出的光正好使某种金属产生光电效应，则：图3这群氢原子发出的光中共有_种频率的光能使该金属产生光电效应；从n4向n1跃迁时发出的光照射该金属，所产生的光电子的最大初动能为_ eV.图4(3

8、)如图4所示，质量为2m的小滑块P和质量为m的小滑块Q都视作质点，与轻质弹簧相连的Q静止在光滑水平面上P以某一初速度v向Q运动并与弹簧发生碰撞，问弹簧的弹性势能最大时，P、Q的速度各为多大？答案(1)AB(2)410.2(3)均为v解析(2)一群处于n4能级的氢原子向基态跃迁时，因为n4向n2跃迁所发生的光正好使某种金属材料产生光电效应，所以只有n4跃迁到n1，n4跃迁到n2，n3跃迁到n1，n2跃迁到n1的光子能够使金属发生光电效应，即4种逸出功W0.85 eV3.40 eV2.55 eV，从而n4跃迁到n1辐射的光子能量最大，为0.85 eV13.6 eV12.75 eV，根据光电效应方程

9、知，光电子的最大初动能EkmhW012.75 eV2.55 eV10.2 eV.(3)当弹簧的弹性势能最大时，P、Q速度相等2mv0(2mm)v1，解得v1v关于原子跃迁要注意以下四方面：(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱条数N.(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hEmEn)时，光子才被吸收(3)“直接跃迁”只能对应一个能级差，发射一种频率的光子“间接跃迁”能对应多个能级差，发射多种频率的光子(4)入射光子能量大于电离能(hEEn)时，光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能考题3原子物理基础知识、光电效应与动量的组合例3 (1)下列说法正确的是_

10、A光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的C经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征D原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损(2)如图5所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)由图可知普朗克常量为_ J·s，金属的截止频率为_ Hz(已知1 eV1.60×1019 J)图5(3)图6如图6所示，质量分别为m1和m2的两个小球在光滑水平面上分别以速度v1、v2同向运动，并发生对心碰撞，碰后m2被右侧墙壁原

11、速弹回，又与m1碰撞，再一次碰撞后两球都静止求第一次碰后m1球速度的大小解析(1)光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量，故A正确；玻尔原子模型：电子的轨道是量子化，原子的能量是量子化，所以他提出能量量子化，故B正确；经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，C正确；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误(2)根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0，Ekm图象的斜率是普朗克常量h，由图可知h6.5×1034 J·s；横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为4.27×1014 Hz.(3)设两个小球第一次碰后

12、速度的大小分别为v1和v2，由动量守恒定律得：m1v1m2v2m1v1m2v2两个小球再一次碰撞，m1v1m2v20得：v1.答案(1)ABC(2)6.5×10344.27×1014(3)3 (1)下列说法正确的是_A汤姆生发现了电子，并提出了原子的枣糕模型B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度小D将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，该元素的半衰期将增大(2)图7如图7所示，某光电管的阴极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

13、的紫外线照射阴极K，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)图8如图8所示，1928年德国物理学家玻特用粒子(He)轰击轻金属铍(Be)时，发现有一种贯穿能力很强的中性射线查德威克对该粒子进行研究，进而发现了一种新的粒子中子写出粒子轰击轻金属铍的核反应方程若中子以速率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？答案(1)AB(2)eUhh0(3)HeBeCnmN解析(1)一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小，所

14、以C错误；放射性元素的半衰期与物理、化学性质无关，故温度降低，半衰期不变，所以D错误(2)由题意知，金属钠的逸出功为W0h0，根据爱因斯坦光电效应方程hW0Ek，可求电子离开金属时的动能Ekhh0，再根据动能定理可求光电子到达阳极时的动能EkeUEkeUhh0；再根据动能定理eUCEk，可求UC.(3)根据质量数与电荷数守恒，该核反应方程为HeBeCn根据动量守恒可得：mv0mv1mNv2解得mmN处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光强光子数目多发射光电子数多光电流大(2)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大知识专题练训练14题组1原子物

15、理基础知识、核反应与动量的组合1(单选)(2014·重庆·1)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A. B. C. D.答案C解析经过n个半衰期剩余碘131的含量mmn.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131含量：mm4，选项C正确2(1)(单选)下列说法中正确的是()A结合能越小，原子核越稳定B一群氢原子从n4的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出6种不同频率的光子C卢瑟福的粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的D衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的(2)一个静止的氮核

16、N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核设B、C的速度方向与中子的速度方向相同，B的质量数是中子质量数的11倍，B的速度是106 m/s，B、C两原子核的电荷数之比为52.写出氮核N俘获中子生成A的核反应方程；若质量数之比可视做质量之比，求C核的速度大小答案(1)B(2)NnN3×106 m/s解析(2)根据电荷数守恒、质量数守恒得，B、C电荷数之和为7，因为B、C两原子核的电荷数之比为52，则C的电荷数为2，B、C质量数之和为15.因为B的质量是中子的11倍，则B的质量数为11，C的质量数为4，所以C为粒子根据动量守恒得，mnv

17、nmBvBmCvC，代入数据解得vC3×106 m/s.题组2原子物理基础知识、能级与动量的组合3 (1)氢原子辐射出一个光子之后，根据玻尔理论，下面叙述正确的是_A原子从高能级跃迁到低能级B电子绕核运动的半径减小C电子绕核运动的周期不变D原子的电势能减小E电子绕核运动的动能减小(2)如图1所示，在光滑的水平面上，静止的物体B侧面固定一个轻弹簧，物体A以速度v0沿水平方向向右运动，通过弹簧与物体B发生作用，两物体的质量均为m.图1求它们相互作用过程中弹簧获得的最大弹性势能Ep；若B的质量变为2m，再使物体A以同样的速度通过弹簧与静止的物体B发生作用，求当弹簧获得的弹性势能也为Ep时，

18、物体A的速度大小答案(1)ABD(2)mvv0或0解析(2)当A、B速度相同时，弹簧的弹性势能最大则mv02mvmv×2mv2Ep解得Epmv当B的质量为2m时，设A、B的速度分别为v1、v2，有mv0mv12mv2mvmv×2mvEp解得v1v0或v10.当v1v0时，v2v0，运动方向水平向右，符合条件；当v10时，v2v0，运动方向水平向右，也符合条件题组3原子物理基础知识、光电效应与动量的组合4 (1)如图2所示，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是_图2A入射光强度较弱B入射光波长太长C光照射时间太短D电源正负极接反(2)如图3为实验室常用的气垫导轨验证动量守恒的装置两带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导轨上，调节导轨使其能实现自由静止，这是表明_，烧断细线，滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式_，则说明该实验动量守恒图3(3)P是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5 min，能衰变为Si和一个未知粒子写出该衰变的方程；已知容器中原有纯P的质量为m，求5 min后容器中剩余P的质量答案