【创新设计】2021高考物理二轮复习(江苏专用)-教师用书-第15讲-动量守恒定律-原子结构和原子核.docx
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1、第15讲动量守恒定律原子结构和原子核1. (2022江苏卷,12,C)(1)如图6151所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是_图6151(2)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为_该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为_(3)A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功解析(1)由能级图及EnEmh知,E3E1E2E1E3E2即acb,又,知acb,所以图C正确(2)nXH
2、,由质量数和电荷数守恒知X为H.该反应为两个核子结合,所以比结合能为.(3)光子能量h,动量p,且得p,则pApB21A照射时,光电子的最大初动能EAAW0同理,EBBW0,解得W0EA2EB.答案(1)C(2)nHH(3)21EA2EB2(2021江苏卷,12C)(1)假如一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们的_也相等A速度 B动能 C动量 D总能量(2)依据玻尔原子结构理论,氦离子(He)的能级图如图6152所示电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)当大量He处在n4的激发态时,由于跃迁所放射的谱线有_条图6152(3)如图6153所示,进行太空行
3、走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0.1 m/s.A将B向空间站方向轻推后,A的速度变为0.2 m/s,求此时B的速度大小和方向图6153解析(1)依据德布罗意波长公式p,因此选C;(2)依据玻尔原子理论,量子数n越小,轨道越靠近原子核,所以n3比n5的轨道离原子核近,大量处于n4激发态的原子跃迁一共有6种情形,即产生6条谱线(3)以飞船为参考系,据动量守恒定律 :(mAmB)v0mAvAmBvB,解得vB 0.02 m/s,远离空间站方向答案(1)C(2)近6(3)0.02 m/s远离空间站方向3(2022江苏卷,12C)(1)已知钙
4、和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子具有较大的_A波长 B频率C能量 D动量(2)氡222是一种自然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤它是世界卫生组织公布 的主要环境致癌物质之一其衰变方程是RnPo_.已知Rn的半衰期约为3.8天, 则约经过_天,16 g的Rn衰变后还剩1 g.(3)牛顿的自然哲学的数学原理中记载,A、B两个玻璃球相碰,碰撞后的分别速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为1516.分别速度是指碰撞后B对A的速度,接近速度是指碰撞前A
5、对B的速度若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球B,且为对心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小解析(1)由爱因斯坦光电效应方程hW0mv,又由W0h0,可得光电子的最大初动能mvhh0,由于钙的截止频率大于钾的截止频率,所以钙逸出的光电子的最大初动能较小,因此它具有较小的能量、频率和动量,B、C、D错;又由cf可知光电子频率较小时,波长较大,A对(2)依据核反应前后电荷数和质量数守恒,可得衰变后新核的质量数为2222184,电荷数86842,即为He(粒子)由半衰期公式mm0()可得116(),解得t15.2天(3)设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2由动量守恒定律2m
6、v02mv1mv2,且由题意知解得v1v0,v2v0答案(1)A(2)He(或)15.2(3)v0v0从近三年江苏省高考试题来看,本专题考查的题型和学问点都相当稳定从题型上看,有选择题、填空题和计算题从学问点上看,主要集中在原子核、能级、光电效应和动量守恒高考热点(1)动量守恒定律及其应用(2)原子的能级跃迁(3)原子核的衰变规律、核反应方程(4)光电效应命题猜测2021年高考,动量守恒定律及其应用以计算题的形式消灭的可能性大,其他考点以选择题或填空题的形式消灭,主要集中在氢原子的能级结构、能级公式,原子核的组成,核反应方程,光电效应等学问点上 1.2.3能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子
7、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)吸取或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸取或辐射肯定频率的光子,该光子的能量由前后两个能级的能量差打算,即hEmEn.4光电效应现象图6154(1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0.(2)用图象表示光电效应方程极限频率:图线与轴交点的横坐标0.逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0E.普朗克常量:图线的斜率kh.题组一原子物理基础学问、能级和动量的组合12022江苏省高考命题争辩专家原创卷(四)(1)下列说法中正确的是_A接受物理或化学方法可以有效地转
8、变放射性元素的半衰期B由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透力量D原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量(2)图6155如图6155所示为氢原子的能级示意图一群氢原子处于n3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,并用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠这群氢原子能发出_种不同频率的光,其中有_种频率的光能使金属钠发生光电效应(3)太阳内部四个质子聚变成一个粒子,同时放射两个正电子和两个没有静止质量的中微子若太阳辐射能量的总功率P,质子、氦核、正电子的质量分别为mp、mHe、me,真空中光速为c.求t时间内参与
9、核反应的质子数解析(1)物理或化学方法不会转变放射性元素的半衰期,A错误;从高空对地面进行遥感摄影利用的是红外线,C错误;由于质量亏损,原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量,D错误(2)依据题意,氢原子在跃迁过程中有以下三种方式:3至1,3至2,2至1,对应的也发出3种不同频率的光;要使金属钠发生光电效应,氢原子发出的光子的力量必需大于2.49 eV,而3至1的为11.09 eV,3至2的为1.89 eV,2至1的为10.2 eV,所以两种频率的光可以使金属钠发生光电效应(3)该反应放出的能量Emc2(4mp2memHe)c2设t时间内参与核反应的质子数n答案(1)B(2)32(
10、3)2(2022无锡市高三期末)(1)已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出10种不同频率的光,下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是_(2)在试验室内较精准地测量到的双衰变事例是在1987年公布的,在进行了7 960小时的试验后,以68%的置信度认出Se发生的36个双衰变事例,已知静止的Se发生双衰变时,将释放出两个电子和两个中微子(中微子的质量数和电荷数都为零),同时转变成一个新核X,则X核的中子数为_;若衰变过程释放的核能是E,真空中的光速为c,则衰变过程的质量亏损是_(3)质量为m的小球A在光滑水平面上以速度v0与质量为2m的静止小球B发生正碰后,以v0的速度反
11、弹,试通过计算推断发生的是不是弹性碰撞解析(1)依据玻尔理论,波长最长的跃迁对应频率最小的跃迁,依据氢原子能级图,频率最小的跃迁对应的是从n5能级跃迁到n4能级,选项A正确(2)Se中有823448个中子,发生双衰变时有两个中子释放出电子变成质子,则衰变后中子数为46个;由质能方程Emc2得,衰变过程中的质量亏损m.(3)两小球组成的系统为争辩对象,系统动量守恒,以A球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得mv0m2mvB解得vBv0碰后系统的总动能Ekm22m2mv则碰撞前后系统机械能没有损失,碰撞为弹性碰撞答案(1)A(2)46(3)是弹性碰撞3(2022苏北四市高三第一次调研)(1)下列
12、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6156所示图6156.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: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;(3)如图6157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
13、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?弹簧的最大弹性势能是多少?图6157解析(1)电子是实物粒子,其衍射现象说明实物粒子也具有波动性,故A正确;链式反应的条件:大于临界体积,因此当物质体积小于临界体积时,链式反应不能进行,故B正确;原子核内部一个质子转化成一个中子时,会同时释放出一个正电子,故C错误;元素的半衰期与环境及化合态无关,故D错误(2)由于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,n3跃迁到n1,n3跃迁到n2,n2跃迁到n1的光子能够使金属发生光电效应,即4条;逸出功W0.853.4
14、02.55 eV,从而n4跃迁到n1辐射的光子能量最大,为0.8513.6 eV12.75 eV,依据光电效应方程知,光电子的最大初动能EkmhW012.752.55 eV10.2 eV.(3)P以某一初速度v向Q运动并与弹簧发生碰撞,P做减速运动,Q做加速运动,当P与Q速度相等时,弹簧最短,弹性势能最大,规定向右为正方向,依据动量守恒定律得:2mv0(2mm)v1解得:v1v依据能量守恒定律知系统的部分动能转化为弹性势能,所以最大弹性势能为:Emax2mv23m v mv2答案(1)AB(2)4 10.2(3)P、Q速度相等为vmv24(2022南京市高三第三次模拟)(1)下列说法正确的是_
15、A射线的穿透力量比射线强B电子的衍射图样表明实物粒子也具有波动性C.Bi的半衰期是1小时,质量为m的Bi经过3小时后还有m没有衰变D对黑体辐射的争辩表明,温度越高,辐射强度极大值所对应的电磁波的频率不变图6158(2)氢原子的能级如图6158所示氢原子从n3能级向n1能级跃迁所放出的光子,恰能使某种金属产生光电效应,则该金属的逸出功为_eV;用一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,产生的光电子最大初动能为_eV.(3)一静止的铀核(U)发生衰变转变成钍核(Th),已知放出的粒子的质量为m,速度为v0,假设铀核发生衰变时,释放的能量全部转化为粒子和钍核的动能试写出铀核衰变的
16、核反应方程;求出铀核发生衰变时的质量亏损(已知光在真空中的速度为c,不考虑相对论效应)解析(1)三种射线中,射线的穿透力量最强,故A错误;干涉和衍射是波的特有现象,电子的衍射图样说明实物粒子具有波动性,故B正确由衰变规律得m剩m,故C错误;随着温度的上升,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动,故D错误(2)氢原子从n3能级向n1能级跃迁释放光子的能量EE3E11.51 eV13.6 eV12.09 eV,该能量恰能使某金属发生光电效应,说明该金属的逸出功为W逸12.09 eV;氢原子从n4能级向n1能级跃迁释放光子的能量EE4E1(0.851
17、3.6)eV12.75 eV,依据光电效应方程可得EkmEW逸(12.7512.09)eV0.66 eV.(3)铀核的衰变方程为UHeTh反应过程中动量守恒,则0mv0Mv其中设质量亏损为m,则mc2mvMv2代入数据计算得m答案(1)B(2)12.090.66(3)UHeTh运用动量守恒定律解题的步骤(1)确定争辩对象(系统);(2)做好受力分析,推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)列方程求解题组二原子、原子核、光电效应和动量的组合5.图6159(1)(2022南京市、盐城市高三第一次模拟)钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量,如
18、图6159所示,其衰变方程为PuUHe,则_A核燃料总是利用比结合能小的核B核反应中光子的能量就是结合能C.核比Pu核更稳定,说明U的结合能大D由于衰变时释放巨大能量,所以Pu比U的比结合能小(2)铝的逸出功为W06.721019J,用波长200 nm的光照射不带电的铝箔,发生光电效应,此时铝箔表面带_(填“正”或“负”)电若用铝箔制作光电管,仍用该光照射此光电管,已知普朗克常量h6.031034Js,则它的遏止电压为_V(结果保留两位有效数字)图61510(3)在水平气垫导轨上有两个静止的滑块A、B,给A一个初速度v0,使A与B发生正碰,磁撞后A的速度为0.5v0,B的速度为1.5v0,且方
19、向都与A初速度方向相同求A和B质量之间的关系解析(1)比结合能小的原子核经过核反应释放能量转化为比结合能大的原子核,A、D正确,C错误;光子的能量与光子的频率成正比,与结合能无关,B错误(2)发生光电效应的金属失去电子,带正电;依据光电效应方程得W0eUC,代入数据解得UC2.0 V.(3)用动量守恒定律mAv10mAv1mBv2所以mA3mB答案(1)AD(2)正2.0(3)mA3mB6(2022南京师大附中高三模拟)(1)关于下列四幅图说法正确的是_图61511A玻尔原子理论的基本假设认为,电子绕核运行轨道的半径是任意的B光电效应产生的条件为:光强大于临界值C电子束通过铝箔时的衍射图样证明
20、白运动电子具有波动性D发觉少数粒子发生了较大偏转,说明金原子质量大而且很坚硬(2)某次光电效应试验中,测得某金属的入射光的频率和反向遏制电压Uc的值如下表所示(已知电子的电量为e1.61019C)Uc/V0.5410.6370.7410.8090.878/1014Hz5.6645.8886.0986.3036.501依据表格中的数据,作出了Uc图象如图61512所示,则依据图象求出:图61512这种金属的截止频率为_Hz;(保留三位有效数字)普朗克常量_Js.(保留两位有效数字)(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,
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