高考物理二轮复习 第一部分 考前复习方略 专题十六 碰撞与动量守恒 近代物理初步限时训练-人教版高三全册物理试题

专题十六 碰撞与动量守恒 近代物理初步1(2015襄阳模拟)(1)氢原子的能级图如图所示有一群处于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：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.(2)如图所示，质量为2m的小滑块P和质量为m的小滑块Q都可看做质点，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，求：弹簧的弹性势能最大时，P、Q的速度大小；弹簧的最大弹性势能解析：(1)n4向n2跃迁时所发出的光正好使某种金属产生光电效应，E4E22.55 eV，所以该金属逸出功W02.55 eV.氢原子跃迁时，共发出6种频率的光，光子能量分别为E2E110.2 eV，E3E112.09 eV，E4E112.75 eV，E4E30.66 eV，E4E22.55 eV，E3E21.89 eV，其中大于或等于2.55 eV的有4种n4向n1跃迁时发出的光子能量为12.75 eV，根据光电效应方程hEkW0，可得Ek10.2 eV.(2)当弹簧的弹性势能最大时，P、Q速度相等，设为v1，由动量守恒定律：2mv0(2mm)v1解得：v1v .设弹簧的最大弹性势能为Em，由能量守恒定律得：2mv2(2mm)vEm解得：Emmv2.答案：(1)410.2(2)均为vmv22(1)以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是_A紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C重核裂变过程中反应前后核的总质量增大，轻核聚变过程中核的总质量减少D根据玻尔理论，一个氢原子由n4能级跃迁到较低能级时，最多能释放3种不同频率的光子E14C是放射性同位素，能够自发地进行衰变，在考古中可利用14C的含量测定古生物年代(2)如图所示，在光滑的水平面上有两个物块A、B，质量分别为mA3 kg，mB6 kg，它们之间由一根不可伸长的轻绳相连，开始时绳子完全松弛，两物块紧靠在一起现用3 N的水平恒力F拉B，使B先运动，当轻绳瞬间绷直后再拉A、B共同前进，在B总共前进0.75 m时，两物块共同向前运动的速度为 m/s，求连接两物块的绳长L.解析：(1)紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，选项A错误比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B正确重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有质量亏损，选项C错误根据玻尔理论，当一个氢原子从n4能级向低能级跃迁时，最多放出3种不同频率的光子，分别是n4跃迁到n3，n3跃迁到n2，n2跃迁到n1所释放的光子，选项D正确自然界中含有少量的14C，14C具有放射性，能够自发地进行衰变，其半衰期恒定，因此在考古中可利用14C来测定年代，选项E正确(2)当B前进距离L时，由动能定理FLmBv ，得vB，此后A、B以共同速度运动，由动量守恒mBvB(mAmB)vAB，然后A、B一起匀加速运动，由牛顿第二定律和运动学公式，可得：vv2x，x0.75L，解得：L0.25 m.答案：(1)BDE(2)0.25 m3.(1)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.用频率为的紫外线照射阴极，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_(2)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；若中子以速度v0再与一质量为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？解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知eUEkm(hh0)，即EkmeUhh0；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U.(2)BeHeCn.由动量守恒得mv0mv1mNv2mmN.答案：(1)eUhh0(2)BeHeCnmN4(2014高考全国卷，T35，15分)(1)关于天然放射性，下列说法正确的是_A所有元素都有可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线(2)如图，质量分别为mA、mB的两个弹性小球A、B静止在地面上方，B球距地面的高度h0.8 m，A球在B球的正上方先将B球释放，经过一段时间后再将A球释放当A球下落t0.3 s时，刚好与B球在地面上方的P点处相碰碰撞时间极短，碰后瞬间A球的速度恰好为零已知mB3mA，重力加速度大小g10 m/s2，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失求：B球第一次到达地面时的速度；P点距离地面的高度解析：(1)自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；、和三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D正确；原子核发生衰变时，不能同时发生和衰变，射线伴随这两种衰变产生，故选项E错误(2)由于两球碰撞时间极短，并且没有能量损失，所以在碰撞过程中动量守恒，碰撞前后总动能相等，分别列方程求解设B球第一次到达地面时的速度大小为vB，由运动学公式有vB将h0.8 m代入上式，得vB4 m/s.设两球相碰前后，A球的速度大小分别为v1和v1(v10)，B球的速度分别为v2和v2.由运动学规律可得v1gt由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相撞前后的动量守恒，总动能保持不变规定向下的方向为正，有mAv1mBv2mBv2mAvmBvmBv设B球与地面相碰后的速度大小为vB，由运动学及碰撞的规律可得vBvB设P点距地面的高度为h，由运动学规律可得h联立式，并代入已知条件可得h0.75 m.答案：(1)BCD(2)4 m/s0.75 m5.(1)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系下列关于原子结构和核反应的说法正确的是_A由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的射线能使某金属板逸出光电子，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度E在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏(2)质量分别为m11 kg，m23 kg的小车A和B静止在水平面上，小车A的右端水平连接一根轻弹簧，小车B以水平向左的初速度v0向A驶来，与轻弹簧相碰之后，小车A获得的最大速度为v6 m/s，如果不计摩擦，也不计相互作用过程中机械能损失，求：小车B的初速度v0；A和B相互作用过程中，弹簧获得的最大弹性势能解析：(1)原子核D、E聚变成原子核F，放出能量，A错；A裂变成B、C，放出能量，B对；增加入射光强度，光电子的最大初动能不变，C错；镉棒能吸收中子，可控制核反应速度，D对；修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏，E对(2)由题意可得，当A、B相互作用弹簧恢复到原长时A的速度达到最大，设此时B的速度为v2，由动量守恒定律可得：m2v0m1vm2v2相互作用前后系统的总动能不变：m2vm1v2m2v解得：v04 m/s.第一次弹簧压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大，设此时A、B有相同的速度v，根据动量守恒定律有：m2v0(m1m2)v此时弹簧的弹性势能最大，等于系统动能的减少量：Em2v(m1m2)v2解得E6 J.答案：(1)BDE(2)4 m/s6 J6.(2015高考全国卷，T35，15分)(1)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_(2)如图，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间A的质量为m，B、C的质量都为M，三者均处于静止状态现使A以某一速度向右运动，求m和M之间应满足什么条件，才能使A只与B、C各发生一次碰撞设物体间的碰撞都是弹性的解析：(1)根据光电效应方程EkmhW0及EkmeUc得Uc，故k，b，得hek，W0eb.(2)A向右运动与C发生第一次碰撞，碰撞过程中，系统的动量守恒、机械能守恒设速度方向向右为正，开始时A的速度为v0，第一次碰撞后C的速度为vC1，A的速度为vA1.由动量守恒定律和机械能守恒定律得mv0mvA1MvC1mvmvMv联立式得vA1 v0vC1 v0如果mM，第一次碰撞后，A与C速度同向，且A的速度小于C的速度，不可能与B发生碰撞；如果mM，第一次碰撞后，A停止，C以A碰前的速度向右运动，A不可能与B发生碰撞；所以只需考虑mM的情况第一次碰撞后，A反向运动与B发生碰撞设与B发生碰撞后，A的速度为vA2，B的速度为vB1，同样有vA2 vA1v0根据题意，要求A只与B、C各发生一次碰撞，应有vA2vC1联立式得m24mMM20解得m(2)M另一解m(2)M舍去所以，m和M应满足的条件为(2)MmM.答案：(1)ekeb(2)(2)MmM7(1)下列关于近代物理知识的描述中，正确的是_A当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用紫光照射也一定会有电子逸出B处于n3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子C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而形成的D在NHeOX核反应中，X是质子，这个反应过程叫衰变E比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定(2)如图所示，半径为R的四分之三光滑圆轨道竖直放置，CB是竖直直径，A点与圆心等高，有小球b静止在轨道底部，小球a自轨道上方某一高度处由静止释放，自A点与轨道相切进入竖直圆轨道，a、b小球直径相等、质量之比为31，两小球在轨道底部发生弹性正碰后小球b经过C点水平抛出落在离C点水平距离为2R的地面上，重力加速度为g，小球均可视为质点求：小球b碰后瞬间的速度大小；小球a碰后在轨道中能上升的最大高度解析：(1)由于紫光的频率大于蓝光的频率，紫光光子的能量大于蓝光光子的能量，所以改用紫光照射一定会有电子逸出，选项A正确；根据氢原子的跃迁理论可知，处于n3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子，选项B正确；衰变中产生的射线，实际上是原子核中的中子衰变为质子时放出的电子而形成的，选项C错误；在衰变过程中释放出氦核即He才是衰变，选项D错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定的说法是正确的，E选项正确(2)b小球从C点抛出做平抛运动，有gt22R解得t小球b做平抛运动的水平位移xvCt2R解得vC根据机械能守恒有mbvmbv2mbgR可知小球b在碰后瞬间的速度vB .a、b两小球相碰，由动量守恒得：mavamavambvBa、b两小球发生弹性碰撞，由机械能守恒得：mavmavmbv又ma3mb解得：vavB，vavavB可得：va，小球a在轨道内运动，不能到达圆心高度，所以小球a不会脱离轨道，只能在轨道内来回滚动，根据机械能守恒可得mavmagh解得h.答案：(1)ABE(2)R8(1)在下列叙述中，正确的是_A光电效应现象说明光具有粒子性B重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损C玛丽居里最早发现了天然放射现象D若黄光照射某金属能发生光电效应，用紫光照射该金属一定能发生光电效应E根据玻尔理论，氢原子从高能态跃迁到低能态时，原子向外释放光子，原子电势能和核外电子的动能均减小(2)如图所示，光滑的杆MN水平固定，物块A穿在杆上，可沿杆无摩擦滑动，A通过长度为L的轻质细绳与物块B相连，A、B质量均为m且可视为质点一质量也为m的子弹水平射入物块B后未穿出，若杆足够长，此后运动过程中绳子偏离竖直方向的最大夹角为60.求子弹刚要射入物块B时的速度大小解析：(1)光电效应现象是光具有粒子性的重要证据，A正确；重核裂变和轻核聚变都是放出能量的，都有质量亏损，B正确；贝克勒尔最早发现天然放射现象，C错误；紫光频率大于黄光频率，故D正确；氢原子从高能态向低能态跃迁，原子电势能减小，电子动能增大，E错误(2)子弹射入物块B的过程，子弹和物块B组成的系统水平方向动量守恒，则mv02mv1子弹开始射入物块B到绳子偏离竖直方向夹角最大的过程，系统水平方向动量守恒mv03mv2据能量关系可得：2mgL(1cos 60)2mv3mv解得：v02 .答案：(1)ABD(2)2