10 动量和原子物理(选修3-5)（新人教版）

专题10 动量和原子物理（选修3-5）

知识梳理

一、动量、冲量、动量守恒定律 1、动量 P=mv方向与速度方向相同 2、冲量 I= F·t．方向与恒力方向一致 3、动量守恒定律的三种表达方式 （1）P＝P′ （2）Δp1=－Δp2

（3）m1vl＋m2v2＝m1vl＋m2v2 二、波尔理论

1、 氢原子能级与轨道半径 （1）能级公式：En?（2）半径公式：

/

/

1E1(E1??13.6eV) 2n2rn?nr1(r1?0.53A)?

（3）跃迁定则：h??E初?E终 三、原子核衰变、半衰期及核能

四、光电效应及其方程 1、光电效应规律

(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度(数目)无关，只随着入射光的频率增大而增大． (3)当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正

比．

(4)从光照射到产生光电流的时间不超过109s，几乎是瞬时的．

—

2、光电效应方程

- 1 -

（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek=hγ－W

(Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功：即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也称电离能 ) （2）极限频率：

专题测试

1.(5分) （2011全国卷1第18题）.已知氢原子的基态能量为E，激发态能量En?E1/n2，其中n=2,3?。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 ( )

A.?

4hc4hc2hc9hcB.? C.? D. ?E13E1 E1E1

B．伦琴射线的发现 D．氢原子光谱的发现

2. (5分)（2011天津卷第1题）．下列能揭示原子具有核式结构的实验是 （ ） A．光电效应实验 C．α粒子散射实验

3.(5分) （2011上海卷第17题）.用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上

先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则 ( ) A.图像(a)表明光具有粒子性 B.图像(c)表明光具有波动性 C.用紫外光观察不到类似的图像 D.实验表明光是一种概率波

4.(5分)（2011广东第18题）.光电效应实验中，下列表述正确的是 ( ) A.光照时间越长光电流越大

B.入射光足够强就可以有光电流 C.遏止电压与入射光的频率有关

D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子

5.(8分)(1)氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，从能级A跃迁到能级C释 放频率为ν2的光子，若ν2＞ν1，则当它从能级B跃迁到能级C时，将________(填选项前的字母)

A．放出频率为ν2－ν1的光子 B．放出频率为ν2＋ν1的光子 C．吸收频率为ν2－ν1的光子 D．吸收频率为ν2＋ν1的光子

(2)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间

- 2 -

接证明中微子的存在的．一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(忽略电子的初动量)，衰变为子核并放出中微子．下列关于该过程的说法正确的是______(填选项前的字母) A．母核的质量数小于子核的质量数 B．母核的电荷数等于子核的电荷数 C．子核的动量大小等于中微子的动量大小 D．子核的动能大于中微子的动能

6.(8分)(1)在高速公路上发生一起交通事故，一辆质量为1 500 kg向南行驶的长途客车迎面 撞上了一辆质量为3 000 kg向北行驶的卡车，碰后两车接在一起，并向南滑行了一小段距离后停止，根据测速仪的规定，长途客车碰前以20 m/s的速率行驶，由此可判断卡车碰前的行驶速率是________． A．小于10 m/s

B．大于10 m/s小于20 m/s C．大于20 m/s小于30 m/s D．大于30 m/s小于40 m/s

(2)近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆．因为重水堆核电站在发电的同时还可以产出供研制核武器的钚239( 94PU). 这种 94PU可由铀239( 92U)经过衰变而产生，则下列判断中正确的是( ) A. 94PU与 92U的核内具有相同的中子数 B. 94PU与 92U的核内具有相同的质子数 C. 92U经过2次β衰变产生 94PU D. 92U经过1次α衰变产生 94PU

7.(6分)(1)2010年上海世博会力主“低碳世博”，对绿色新能源的使用大大提高，其中，太 阳能的利用成为本届世博会的“当家花旦”．太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的核聚变反应产生的，其核反应方程是________．(填选项前的字母) A. 7N＋2He→ 8O＋1H B. 1H＋1H→2He＋0n

C. 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋100n D. 92U→ 90Th＋2He

(2)在光滑的水平面上，质量m1＝2 kg的球以速度v1＝5 m/s和静止的质量为m2＝1 kg的球发生正碰，碰后m2的速度v2′＝4 m/s，则碰后m1________.(填选项前的字母) A．以3 m/s速度反弹 B．以3 m/s速度继续向前运动 C．以1 m/s速度继续向前运动 D．立即停下

8.(6分)(1)下列说法中正确的是________．(填选项前的字母) A．经典物理学能解释原子的稳定性和原子光谱的不连续性

238

234

4

235

1

136

90

1

3

2

4

1

14

4

17

1

239

239

239

239

239

239

239

239

239

239

239

- 3 -

B．光电效应说明光具有粒子性

C．天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关 D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构

(2)甲、乙两车相向运动，碰撞后连成一体并沿甲车的原方向运动，由此可判断________．(填选项前的字母)

A．乙车的质量比甲车的小 B．乙车的速度比甲车的小 C．乙车的动量比甲车的小

D．乙对甲的作用力小于甲对乙的作用力 9.(13分)(1)(3分)下列说法中正确的是

( )

A．光电效应现象显示了光的粒子性，它否定了光的波动性 B．为了解释原子光谱的不连续性，普朗克提出能量量子化观点

C．某元素原子核内的质子数决定了核外电子的分布，进而决定了该元素的化学性质 D．核力是短程力，在其作用范围内，随核子间距离的变化可以表现为引力也可以表现为 斥力

(2)(10分)贫铀合金具有高密度、高强度、高韧性的特点，用它做弹芯，穿甲能力强，可以摧毁坚固的目标．贫铀弹的重要原料是铀238，具有放射性，放出的射线对人体会造成严重的伤害．若某静止的铀核( 92U)发生α衰变生成钍核(Th)，并同时放出能量为E的γ光子，已知铀核的质量为mU，钍核的质量为mTh，α粒子的质量为mα. ①写出核反应方程．

②若放出的γ光子动量可忽略，求衰变生成的α粒子的速率． 10.(7分)(1)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是

( )

A . 通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性 B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分 C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象 D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性

(2)氢原子的能级如图1所示．有一群处于n＝4能级的氢原子，这群氢原子能发出________种谱线，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于________ eV.

(3)近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用的核反

应方程是1H＋1H→2He＋0n.若1H和1H迎面碰撞，初速度大小分别为v1、

v2，1H、1H、2He、0n的质量分别为m1、m2、m3、m4，反应后2He的速度大小为v3，方向与1H的运动方向相同，求中子0n的速度(选取m1的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应)．

11.(8分)(1)(2分)下列关于近代物理知识说法中正确的是 A．光电效应显示了光的粒子性

B．玻尔理论可以解释所有原子的光谱现象

- 4 -

1

2

3

4

1

4

2

2

3

4

1

2

3

238

图1

( )

C．康普顿效应进一步证实了光的波动特性

D．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的 (2)(2分)在天然放射现象中，释放出的三种射线a、b、c在磁场中运动轨迹如图2所示，其中________是β射线，________穿透能力最强．(选填“a”、“b”或“c”)

(3)(4分)利用水平放置的气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，如图3

所示，图中A、B装置叫______________，其作用是__________________．若测得滑块甲的质量为0.6 kg，滑块乙的质量为0.4 kg，两滑块作用前甲的速度大小为0.8 m/s，乙的速度大小为0.5 m/s，迎面相碰后甲乙粘在一起以0.28 m/s的速度沿甲原来的方向前进．则两滑块相互作用过程中不变的量是__________，大小为________．

图2

图3

12.(8分)(1)下列说法中正确的是

239

239

( )

A．氢原子在辐射出一个光子后，其核外电子的动能增大 B. 92U经过两次β衰变产生 94Pu C．α射线的电离本领比β射线的大

D．放射性元素 92U的半衰期随温度的升高而变短 (2)已知氢原子基态电子轨道半径为r0＝0.528×1013.6

－2 eV.求：

－10

239

m，量子数为n的激发态的能量En＝

n①电子在基态轨道上运动的动能；

②有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一个能级图，在图上用箭头标明这些氢原子所能发出光的光谱线有哪几条？

③计算这几条光谱线中波长最短的一条光谱线的波长．( k＝9.0×10 N·m/C，e＝1.60× 10

－19

9

2

2

C，h＝6.63×10

－34

J)

4

14

13.(8分)用速度为v0、质量为m1的2He核轰击质量为m2的静止的 7N核，发生核反应，最 终产生两种新粒子A和B.其中A为 8O核，质量为m3，速度为v3，B的质量为m4 (1)写出核反应方程式； (2)计算粒子B的速度vB.

17

- 5 -

14.(8分)在真空中，原来静止的原子核aX在进行α衰变时，放出α粒子(2He)的动能为E0. 假设衰变后产生的新核用Y表示，衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，真空中的光速为c，原子核的质量之比等于质量数之比，原子核的重力不计． (1)写出衰变的核反应方程； (2)求衰变过程中总的质量亏损．

b4

答案

1.C 2.C 3.ABD 4.CD 5.(1)B (2)C 6.(1)A (2)C 7.(1)B (2)B 8.(1)B (2)C

9.(1)CD(全选对得3分，选对但不全得1分，有选错得0分) (2)(10分)① 92U→ 90Th＋2He (2分) ②由动量守恒定律得mαvα－mThvTh＝0 (2分) 由质能方程得ΔE＝(mU－mα－mTh)c2

2382344

(2分)

112

由能量的转化和守恒得ΔE＝mαvα2＋mThvTh＋E (2分)

22解得vα＝ 2mTh[(mU－mα－mTh)c－E]

(2分)

mα(mα＋mTh)

2

10.(1)CD(2分，漏选得1分，错选不得分) (2)6(1分) 12.75(1分)

(3)设中子的速度为v，由动量守恒定律有

m1v1－m2v2＝m3v3＋m4v (2分)

解得v＝

m1v1－m2v2－m3v3

(1分)

m4

11.(1)AD (2)c，b

(3)光电计时器(或“光电门”) 测量两滑块碰撞前后的速度 甲乙碰撞前或后的总动量 0.28 kg·m/s

12.(1)ABC (2)①13.6 eV ②能级图如图所示，可得三条光谱线

③1.03×10 m 13.(1)2He＋ 7N→ 8O＋1H (2)

4

14

17

1

－7

m1v0－m3v3

m4

bb－4

4

14.(1)aX→a－2Y＋2He (2)2 (b－4)cbE0

- 6 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4d0v.html