2020高考物理二轮 专题训练24 原子物理(选修3－5)

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1、训练24　动量　原子物理(选修3－5) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(8分)(1)氢原子的基态能量为－13.6 eV，则氢原子第三能级的能量为_______ eV；要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变成为氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是_______ eV． (2)静止的锂核Li俘获一个速度为8106 m/s的中子，发生核反应后产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核He，它的速度大小是3.5106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，试写出核反应方程，并求反应后产生的另一个粒子的速度大小． 2．(8分)(1)如图1所示为氢原子的能级示意图， 图1

2、 一群氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁的过程中，这群氢原子最多能发出______种频率的光，其中从n＝____能级跃迁到n＝______能级所发出光的频率最小． (2)如图2所示，木块A的质量mA＝1 kg，足够长的木板B的质量mB＝4 kg，质量mC＝4 kg的木块C置于木板B的右端，已知水平地面光滑，B、C之间有摩擦．现使A以v0＝12 m/s的初速度向右运动，与B碰撞后以4 m/s速率弹回，求此后运动过程中， 图2 ①木板B的最大速率； ②木块C的最大速率． 3．(8分)(1)利用α粒子散射实验最早提出原子核式结构模型的科学家是______；他还利用α粒子轰击N(

3、氮核)生成O和另一种粒子，写出该核反应方程是__________________． (2)两物块A、B用轻弹簧相连，质量均为2 kg，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v＝6 m/s的速度在光滑的水平地面上向右运动，质量为4 kg的物块C静止在前方，如图3所示．B与C碰撞后二者会粘在一起运动． 图3 求：①B与C碰撞后瞬间B与C的共同速度； ②当弹簧的弹性势能最大时，物块A的速度为多大？ 4．(8分)(1)我国科学家经过艰苦努力，率先建成了世界上第一个全超导试验装置并调试成功．这种装置被称为“人造太阳”，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续的输

4、出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁能源．在该装置内发生的核反应方程是H＋H→He＋X，其中粒子X的符号是____．已知H的质量是m1，H的质量是m2，He的质量是m3，X的质量是m4，光速是c，则发生一次上述聚变反应所释放的核能表达式为ΔE＝______________________． (2)在光滑水平面上，甲、乙两物体的质量分别是m1、m2，它们沿一条直线相向运动，其中甲物体运动速度v1的大小是6 m/s，乙物体运动速度v2的大小是2 m/s．已知两物体碰撞后各自沿着原方向的反方向运动，速度v的大小都是4 m/s，求甲乙两物体的质量之比． 5．(8分)(1)(3分)2020年北京奥

5、运会场馆周围80%～90%的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90%的洗浴热水采用全真空太阳能集热技术．科学研究发现，太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量．已知质子质量mp＝1.007 3 u，α粒子的质量mα＝4.001 5 u，电子的质量me＝0.000 5 u．l u的质量相当于931.5 MeV的能量． ①写出该热核反应方程． ②一次这样的热核反应过程可释放出多少MeV的能量？(结果保留四位有效数字) (2)(5分)如图4所示，质量均为m的小滑块P和Q均可视为质点，与轻质弹簧相连的Q静

6、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，在整个过程中，弹簧具有的最大弹性势能等于多少？ 图4 6．(8分)(1)某原子X经过2次α衰变，4次β衰变后变为Y，那么n与p的数学关系式为________；m与q的数学关系式为________； (2)在同一平直钢轨上有A、B、C三节车厢，质量分别为m、2m、3m，速率分别为v、v、2v，其速度方向如图5所示．若B、C车厢碰撞后，粘合在一起，然后与A车厢再次发生碰撞，碰后三节车厢粘合在一起，摩擦阻力不计，求最终三节车厢粘合在一起的共同速度． 图5 7．(8分)(1)在下列四个核反应方程中，x1、x2、x3和x4各代

7、表某种粒子 ①H＋x1→He＋n ②N＋He→O＋x2 ③Be＋He→C＋x3 ④Mg＋He→Al＋x4 以下判断中正确的是(　　) A．x1是质子 B．x2是中子 C．x3是中子 D．x4是质子 (2)如图6所示，质量为m＝1 kg的滑块，以v0＝5 m/s的水平初速度滑上静止在光滑水平面上的平板小车，小车足够长，质量M＝4 kg．求： 图6 ①滑块与小车的共同速度v； ②整个运动过程中产生的内能E． 8．(8分)太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有质量的中微子．如果太阳辐射能量的功率为P，

8、质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mp、mHe、me，真空的光速为c，则： (1)写出上述核反应方程式； (2)计算每一次聚变所释放的能量ΔE； (3)计算t时间内因聚变生成的α粒子数n． 9．(8分)(1)(4分)下列说法中正确的是____ A．X射线是处于激发态的原子核辐射出的 B．一群处于n＝3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光 C．放射性元素发生一次β衰变，核电荷数增加1 D．U的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短 (2)(4分)质量为M的木块在光滑水平面上以速率v1向右运动，质量为m的子弹以速率v2水平向左射入木块，假设子

9、弹射入木块后均未穿出，且在第N颗子弹射入后，木块恰好停下来，求N的数值． 10． (8分)(1)(2分)请将下列两个核反应方程补充完整． ①He＋N→O＋________ ②U＋n→Xe＋Sr＋________ (2)(6分)如图7所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒量”的实验，实验步骤如下： 图7 Ⅰ．把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态； Ⅱ．按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运

10、动时间的电子计时器，当A和B与固定挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2； Ⅲ．重复几次，取t1和t2的平均值． ①在调整气垫导轨时应注意________；②应测量的数据还有________；③只要关系式__________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　②2 m/s 3．(1)见解析　(2)①2 m/s ②3 m/s 解析　(1)卢瑟福(1分) N＋He→O＋H(1分) (2)①B、C碰撞

11、时B、C组成的系统动量守恒，设碰后瞬间B、C两者速度为vBC，则 mBv＝(mB＋mC)vBC(2分) vBC＝ m/s＝2 m/s(1分) ②当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大．由A、B、C三者组成的系统动量守恒，(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)见解析　(2)大小为，方向向左 解析　(1)n－8＝p(1分)m＝q(1分) (2)由动量守恒定律：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)见解析　(2)(4mp－mHe－2me)c2 (3) 解析　(1)核反应方程式为 4H→He＋2e① (2)由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2② 核反应所释放的能量为 ΔE＝(4mp－mHe－2me)c2③ (3)由能量关系得Pt＝nΔE④ 得n＝＝⑤ 评分标准：本题共8分，②④式各1分，其它各2分 9．(1)BC　(2) 10．(1)①H　②2n (2)①使气垫导轨水平(2分) ②滑块A的左端到挡板C的距离x1和滑块B的右端到挡板D的距离x2(2分) ③＝(2分)