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第15讲 动量守恒定律 原子结构和原子核,1.(2013江苏单科，12C)(1)如果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)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图1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，由于跃迁所发射的谱线有_条。,图1,(3)如图2所示，进行太空行走的宇航员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2,答案 (1)C (2)近 6 (3)0.02 m/s 远离空间站方向,(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，碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为1516。分离速度是指碰撞后B对A的速度，接近速度是指碰撞前A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。,3.(2015江苏单科，12C) (1)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有_。 A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等,(3)取质子的质量mp1.672 61027 kg，中子的质量mn1.674 91027 kg，粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s。请计算粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字),答案 (1)AB (2)3 大于 (3)4.31012 J,从近三年江苏省高考试题来看，本专题考查的题型和知识点都相当稳定。从题型上看，有选择题、填空题和计算题。从知识点上看，主要集中在原子核、能级、光电效应和动量守恒。 知识热点 (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。,考向一 原子核知识与动量守恒定律的组合,核心知识,1.,2.动量守恒定律 (1)条件：系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。 (2)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2。,1.(1)以下说法中正确的是_。 A.汤姆孙通过实验发现了质子 B.贝可勒尔通过实验发现了中子 C.卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型 D.查德威克发现了天然放射现象说明原子具有复杂结构,(3)如图3所示，一质量为0.5 kg的小球以2.0 m/s的速度和静止于光滑水平面上质量为1 kg的另一大小相等的小球B发生正碰，碰撞后它以0.2 m/s的速度反弹。求：,图3,原来静止小球获得的速度大小； 碰撞过程中损失的机械能。,答案 (1)C (2)中子 3 (3)1.1 m/s 0.385 J,2.(2015宿迁市高三摸底)(1)关于下列四幅图的说法，正确的是_。,图4,A.甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为射线 B.乙图中，用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，发现原来闭合的验电器指针张开，此时锌板和验电器均带正电 C.丙图为粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型 D.丁图为核反应堆示意图，它是利用了铀核聚变反应所释放的能量 (2)在水平放置的气垫导轨上，质量为0.4 kg、速度为0.5 m/s的滑块甲与质量为0.6 kg速度为0.1 m/s的滑块乙迎面相撞，碰撞后滑块乙的速度大小变为0.2 m/s，此时滑块甲的速度大小为_m/s，方向与它原来速度方向_。,解析 (1)由三种射线的特征和左手定则知甲图中的射线1为射线，选项A错误；紫外线照射锌板后，有光电子逸出，则锌板和验电器均带正电，选项B正确；卢瑟福根据粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，选项C正确；核反应堆利用的是铀核裂变反应释放的能量，选项D错误。,应用动量守恒定律解题的步骤 (1)选取研究系统和研究过程。 (2)分析系统的受力情况，判断系统动量是否守恒。 系统不受外力或所受合外力的矢量和为零时，系统动量守恒； 系统所受内力远大于外力时，可认为系统动量守恒； 系统在某一方向上不受外力或所受合外力的矢量和为零，在该方向上系统动量守恒。 (3)规定正方向，确定系统的初、末状态的动量的大小和方向。 (4)根据动量守恒定律列方程求解。,核心知识,考向二 氢原子能级、光电效应与动量守恒定律的组合,3.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。,图5,1.(1)下列说法正确的是_。 A.普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说 B.汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构 C.光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 D.对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应,(2)如图6所示为氢原子的能级图，n为量子数。在氢原子核外电子由量子数为2的轨道跃迁到量子数为3的轨道的过程中，将_(填“吸收”或“放出”)光子。若该光子恰能使某金属发生光电效应，则一群处于量子数为4的激发态的氢原子在向基态跃迁过程中，有_种频率的光子能使该金属发生光电效应。,图6,2.(2015无锡市高三质量检测)(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_。,高频考点十六 原子物理基础知识与动量、能量的组合,(5)掌握核反应方程中的守恒 质量数守恒； 电荷数守恒。 (6)核能的计算方法 根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即Emc2(J)； 根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5 (MeV)； 如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。,2.动量和能量综合应用的关键 (1)弄清有几个物体参与运动，并划分清楚物体的运动过程； (2)进行正确的受力分析，明确各过程的运动特点。,(2014苏北四市高三第一次调研)(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 D.235U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7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；,图7,(3)如图8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：,图8,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？,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)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，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W0.853.402.55 eV，从而n4跃迁到n1辐射的光子能量最大，为0.8513.6 eV12.75 eV，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能EkmhW012.752.55 eV10.2 eV。,(12分)(1)物理学家常常根据物理实验观察到的现象提出假设，并用假设解释一些物理现象，进而建立新理论。玻尔关于氢原子结构的理论便是这种研究方法的成功典范。玻尔理论是根据下列哪些现象提出的_。 A.粒子散射实验现象 B.慢中子轰击铀核产生的裂变现象 C.天然放射现象 D.氢原子光谱的不连续现象,图9,解析 (1)玻尔理论是根据粒子散射实验现象和氢原子光谱的不连续现象，提出了氢原子结构的理论。 (2)放出的粒子质量数减少4，是衰变；放出的粒子质量数不变，是衰变。,答案 (1)AD (2) (3)8106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相反,
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