高三物理二轮复习第一部分诊断卷二十专题六选考模块第三讲碰撞与动量守恒近代物理初步中学教育高考_中学教育-高考.pdf

诊断卷二十 碰撞与动量守恒 近代物理初步 1(2015全国卷)(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 1 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_。图 1(2)如图 2，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。图 2 2(2015山东高考)(1)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约 5 700 年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是_。(双选，填正确答案标号)a该古木的年代距今约 5 700 年 b12C、13C、14C具有相同的中子数 c14C衰变为14N的过程中放出 射线 d增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变(2)如图 3，三个质量相同的滑块A、B、C，间隔相等地静置于同一水平直轨道上。现给滑块A向右的初速度v0，一段时间后A与B发生碰撞，碰后A、B分别以18v0、34v0的速度向右运动，B再与C发生碰撞，碰后B、C粘在一起向右运动。滑块A、B与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值。两次碰撞时间均极短。求B、C碰后瞬间共同速度的大小。图 3 3(2015全国卷)(1)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是_。A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关(2)两滑块a、b沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗糙路段。两者的位置x随时间t变化的图像如图 4 所示。求：图 4()滑块a、b的质量之比；()整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比。图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国 4(1)下列说法正确的是_。A比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定 B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 C放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关 D大量处于n4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生 4 种不同频率的光子(2)用频率均为 但强度不同的甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图 5 所示，由图可知，_(选填“甲”或“乙”)光的强度大。已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为_。图 5(3)1926 年美国波士顿的内科医生卢姆加特等首次应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，被誉为“临床核医学之父”。氡的放射性同位素有 27 种，其中最常用的是222 86 Rn。222 86 Rn经过m次 衰变和n次 衰变后变成稳定的206 82Pb。求m、n的值；一个静止的氡核(222 86 Rn)放出一个 粒子后变成钋核(218 84Po)。已知钋核的速率v1106 m/s，求 粒子的速率。图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国 5(2015郑州高三检测)(1)关于近代物理学，下列说法正确的是_。A 射线、射线和 射线是三种波长不同的电磁波 B一群处于n4 能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出 6 种不同频率的光 C重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少 D10 个放射性元素的原子核在经一个半衰期后，一定有 5 个原子核发生衰变 E光电效应和康普顿效应的实验都表明光具有粒子性(2)如图 6 所示，质量为m245 g 的物块(可视为质点)放在质量为M0.5 kg 的木板左端，足够长的木板静止在光滑水平面上，物块与木板间的动摩擦因数为 0.4。质量为m05 g 的子弹以速度v0300 m/s 沿水平方向射入物块并留在其中(时间极短)，g取 10 m/s2。子弹射入后，求：图 6()物块相对木板滑行的时间；()物块相对木板滑行的位移。图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国6(2015淄博一模)(1)已知氘核的比结合能是 1.09 Mev，氚核的比结合能是 2.78 Mev；氦核的比结合能是 7.03 Mev。在某次核反应中，1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核，则下列说法中正确的是_。(双选，填正确答案标号)A这是一个裂变反应 B核反应方程式为21H 31H42He10n C核反应过程中释放的核能是 17.6 Mev D目前核电站都采用上述核反应发电(2)如图 7 所示，AOB是光滑水平轨道，BC是半径为R的光滑的14固定圆弧轨道，两轨道恰好相切于B点。质量为M的小木块静止在O点，一颗质量为m的子弹以某一初速度水平向右射入小木块内，并留在其中和小木块一起运动，且恰能到达圆弧轨道的最高点C(木块和子弹均看成质点)。图 7 求子弹射入木块前的速度。若每当小木块返回到O点或停止在O点时，立即有一颗相同的子弹射入小木块，并留在其中，则当第 9 颗子弹射入小木块后，小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为多少？答 案 1解析：(1)根据光电效应方程EkmhW0及EkmeUc得UcheW0e，故hek，bW0e，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。图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国由动量守恒定律和机械能守恒定律得 mv0mvA1MvC1 12mv0212mvA1212MvC12 联立式得 vA1mMmM v0 vC12mmM 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 vA2mMmM vA1mMmM 2v0 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 m24mMM 20 解得m(52)M 另一解m(52)M舍去。所以，m和M应满足的条件为(52)MmM。答案：(1)ek eb(2)(52)MmM 2解析：(1)古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约 5 700 年，选项 a 正确。同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项 b 错误。14C的衰变方程为 146C 147N10e，所以此衰变过程放出 射线，选项 c 正确。放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项d 错误。(2)设滑块质量为m，A与B碰撞前A的速度为vA，由题意知，碰撞后A的速度vA18v0，B的速度vB34v0，由动量守恒定律得 mvAmvAmvB 图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国设碰撞前A克服轨道阻力所做的功为WA，由功能关系得WA12mv0212mvA2 设B与C碰撞前B的速度为vB，B克服轨道阻力所做的功为WB，由功能关系得WB12mvB212mvB2 据题意可知 WAWB 设B、C碰撞后瞬间共同速度的大小为v，由动量守恒定律得 mvB2mv 联立式，代入数据得v2116v0。答案：(1)ac(2)2116v0 3 解析：(1)电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项 A正确。射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项 B 错误。人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项 C正确。电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，选项 D正确。光电效应实验，体现的是波的粒子性，选项 E错误。(2)()设a、b的质量分别为m1、m2，a、b碰撞前的速度为v1、v2。由题给图像得v12 m/s v21 m/s a、b发生完全非弹性碰撞，碰撞后两滑块的共同速度为v。由题给图像得 v23 m/s 由动量守恒定律得 m1v1m2v2(m1m2)v 联立式得 m1m218()由能量守恒得，两滑块因碰撞而损失的机械能为 E12m1v1212m2v2212(m1m2)v2 由图像可知，两滑块最后停止运动。由动能定理得，两滑块克服摩擦力所做的功为 W12(m1m2)v2 联立式，并代入题给数据得 WE12。图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国答案：(1)ACD(2)()1 8()1 2 4解析：(1)由原子核结合能曲线图可知：比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定，A正确；无论是否考虑能量量子化，我们都发现黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B正确；放射性元素的半衰期与本身原子核内部结构有关，与外界因素无关，所以 C的叙述错误；大量处于n4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生Nnn24326 种不同频率的光子，D错误。(2)根据光的强度与电流成正比，由图就可知道：甲的光的强度大；由爱因斯坦的光电效应方程可得：hEmW0EmhW0。(3)4m222206，m4 86822mn，n4 由动量守恒定律得：mvmPov0 v5.45107 m/s。答案：(1)AB(2)甲 hW0(3)4 4 5.45107 m/s 5解析：(1)射线是电磁波，而 射线、射线不是电磁波，故 A错误；根据数学组合 C426，故 B正确；核子结合成原子核时一定有质量亏损，释放出能量，故 C正确；半衰期是大量原子核显现出来的统计规律，对少量的原子核没有意义，故 D错误；光电效应和康普顿效应揭示了光具有粒子性，故 E正确。(2)()子弹打入木块过程，由动量守恒定律得：m0v0(m0m)v1 木块在木板上滑动过程，由动量守恒定律得：(m0m)v1(m0mM)v2 对子弹木块整体，由动量定理得：(m0m)gt(m0m)(v2v1)联立解得物体相对小车的滑行时间：tv2v1g1 s。()子弹射入木块后，由子弹木块和木板组成的系统，由能量守恒定律得：(m0m)gd12(m0m)v1212(m0mM)v22 联立解得：d3 m。答案：(1)BCE(2)()1 s()3 m 6解析：(1)1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核，这是聚变反应，故 A错误；1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核，根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为21H 31H42He10n，故 B正确；根据质能方程 Emc2，得一次聚变释放出的能量：EE2E17.034 MeV(2.7831.092)MeV 17.6 MeV，故 C正确；目前核电站都图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国采用核裂变发电，故 D错误。(2)第一颗子弹射入木块的过程，系统动量守恒，以子弹的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv0(mM)v1 系统由O到C的运动过程中机械能守恒，由机械能守恒定律得：12(mM)v12(mM)gR 由以上两式解得：v0mMm2gR。由动量守恒定律可知，第 2、4、6颗子弹射入木块时，木块的速度为 0，第 1、3、5颗子弹射入后，木块运动。当第 9 颗子弹射入木块时，以子弹初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv0(9mM)v9 设此后木块沿圆弧上升的最大高度为H，由机械能守恒得：12(9mM)v92(9mM)gH 由以上各式可得：HMmM9m 2R。答案：(1)BC(2)mMm 2gR MmM9m 2R 图所示若该直线的斜率和截距分别为和电子电荷量的绝对值为则普朗克常量可表示为所用材料的逸出功可表示为图如图在足够长的光滑水平面上物体位于同一直线上位于之间的质量为的质量都为三者均处于静止状态现使以某一速度衰变成为衰期约年已知植物存活期间其体内与的比例不变生命活动结束后的比例持续减小现通过测量得知某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是双选填正确答案标号该古木的年代距今约年具有相静置于同一水平直轨道上现给滑块向右的初速度一段时间后与发生碰撞碰后分别以的速度向右运动再与发生碰撞碰后粘在一起向右运动滑块与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值两次碰撞时间均极短求碰后瞬间共同速度的大小图全国