高考物理二輪復習 訓練17 專題九 碰撞與動量守恒 近代物理初步
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訓練17 碰撞與動量守恒 近代物理初步 1.(8分)物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(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，說明原子核有復雜結構 D．盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結構模型 解析：本題考查物理學史及其相關的知識點，意在考查學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，說明原子核有復雜結構，選項C正確．盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析，提出了原子核式結構模型，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)中子的核反應方程；二是盧瑟福提出了原子核式結構模型的實驗依據．這就警示我們，對一些物理學史上的重大事件，一定要準確了解，不能似是而非． 答案：AC 2．(16分)(1)下列有關原子結構和原子核的認識，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生光電效應 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，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，盒內有一小滑塊B，盒的質量是滑塊的2倍，滑塊與盒內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、功能關系及其相關知識點，意在考查學生運用相關知識解決問題的能力． 設滑塊B質量為m，則方盒A的質量為2m.滑塊B與方盒A構成的系統(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′＝.設滑塊B相對方盒A運動的路程為L，由功能關系，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14C與12C的比例不變；生命活動結束后，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，表明經過了一個半衰期，A正確；14C、13C、12C的質子數(shù)相同，質量數(shù)不同，中子數(shù)不同，B錯誤；14C變?yōu)?4N，質量數(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)據解得μ＝0.32 ②由動量定理得FΔt＝mv′－mv 代入數(shù)據解得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?、? 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．分析說明小球對木板的作用力的方向． 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；根據牛頓第三定律可知，小球對木板作用力的方向沿y軸負方向． 6．(14分)(1)(多選)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質量(原子核的質量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關系．下列關于原子結構和核反應的說法正確的是( ) 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．在核反應堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應速度 E．在核反應堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質的泄漏 (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的泄漏，E正確． (2)①設a、b的質量分別為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點左側光滑，右側粗糙，質量為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)根據質量數(shù)、電荷數(shù)守恒得衰變方程： 86Rn→84Po＋He 根據衰變規(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?、? m/s，方向向左 1 s 8．(14分)如圖所示，一質量為M的平板車B放在光滑水平面上，在其右端放一質量為m的小木塊A，m
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