2022年高考物理考点名师讲义专题原子物理和动量.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载高考定位 本专题考查的重点和热点有：动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁；原子核的衰 变规律；核反应方程的书写；质量亏损和核能的运算；原子物理部分的物理学史和 、 三种射线的特点及应用等应考策略：本专题涉及的学问点多,而且多是科技前沿的知 识,题目新奇,但难度不大,因此应加强对基本概念和规律的懂得,抓住动量守恒定律和核 反应两条主线,强化典型题目的训练,提高分析综合题目的才能例 1考题 1原子物理基础学问、核反应与动量的组合1以下说法正确选项_A 玻尔原子理论不仅能说明氢原子光谱,而且也能说明其他原子光谱 B法国物理学家贝可

2、勒尔发觉了自然放射现象,说明原子核具有复杂结构C.235 92U 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D处于 n3 激发态的一群氢原子,自发跃迁时能发出3 种不同频率的光子2速度为 v0的中子1 0n 击中静止的氮核14 7N,生成碳核12 6C 和另一种新原子核,已知12 6C 与新核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一样,碰后12 6C 核与新核的动量之比为21. 写出核反应方程求12 6C 与新核的速度各是多大？m0、m1和 m2,碰后12 6C、新核速度分别为v1、v2. 解析2设1 0n、12 6C、新核质量分别为由动量守恒得m0v 0m1v 1 m2v2v0v

3、 0又 m1v 12m2v 2联立求得： v 1v0 18,v2v 0答案1BD214 7N1 0n12 6C3 1H1891 1以下说法正确选项 A 对黑体辐射的讨论说明：随着温度的上升,辐射强度的最大值向波长较长的方向移动名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载B电子的衍射图样说明实物粒子也具有波动性C 射线是原子核外电子高速运动形成的D氢原子从 n3 能级跃迁到n1 能级和从 n2 能级跃迁到n1 能级, 前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短21896 年法国物理学家贝克勒尔在对含铀的矿物进行讨论

4、时,发觉了自然放射现象,从而揭开了原子核的隐秘静止的铀核 23892U 发生 衰变后,生成新核 Th 并释放出 光子已知铀的质量为 m1, 粒子的质量为 m2,Th 核的质量为 m3,并测得 粒子的速度为 v.已知光在真空中的传播速度为 c 写出核反应方程式并求出此反应过程中释放的核能；求出反应后Th 核的速度大小4 2He或238 92U234 90Th4 2He m1m2m3c2m2 m3v2 117v 也答案1BD2238 92U234 90Th算对 解析2238 92U234 90Th4 2He或238 92U234 90Th4 2He 依据爱因斯坦的质能方程 E mc 2 得Em1m

5、2m3c2. 依据动量守恒定律：m2vm3v Th0 Th 核的速度为： v Thm2 m3v 117v 也算对 21核反应方程的书写1核反应过程一般不行逆,所以核反应方程中用“ ” 表示方向而不能用等号代替2核反应方程遵循质量数、电荷数守恒,但核反应前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能3核反应的生成物肯定要以试验为基础,不能只依据两个守恒规律凭空杜撰诞生成物来写核反应方程2原子核的衰变1衰变实质： 衰变是原子核中的 2 个质子和 2 个中子结合成一个氦核并射出； 衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出； 衰变相伴着 衰变或 衰变同时发生,不转变原子核的质量数

6、与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量2衰变的快慢由原子核内部因素打算,跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载律,对个别、少数原子无意义考题 2 原子物理基础学问、能级与动量的组合例 2 2022山东 39 改编 1 氢原子能级如图 1 所示,当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时,辐射光的波长为 656 nm.以下判定正确选项 _双选,填正确答案标号 图 1 a氢原子从n2 跃迁到 n1 的能级时,辐射光的波长大于656 nm b用波长为 3

7、25 nm 的光照耀,可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级c一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线d用波长为 633 nm 的光照耀,不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级2如图 2 所示, 光滑水平直轨道上两滑块A、B 用橡皮筋连接, A 的质量为 m.开头时橡皮筋松弛, B 静止,给 A 向左的初速度 v 0.一段时间后, B 与 A 同向运动发生碰撞并粘在一起,碰撞后的共同速度是碰撞前瞬时 A 的速度的两倍, 也是碰撞前瞬时 B 的速度的一半 求 B 的质量图 2 解析 1能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差,能级差越大,辐射的光子频率越大,波长

8、越小,a 错误；由 EmEnh 可知, b 错误, d 正确；依据 C 2 33 可知,辐射的光子频率最多 3 种, c 正确2以初速度 v0的方向为正方向,设 B 的质量为 mB,A、B 碰撞后的共同速度为 v,由题意知：碰撞前瞬时 A 的速度为v 2,碰撞前瞬时 B 的速度为 2v,由动量守恒定律得 mv 22mBvmmBv,解得 mBm 2答案 1cd 2m 22 1以下说法中正确选项 _A 电子的衍射现象说明实物粒子也具有波动性名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载B裂变物质体积小于临界体积

9、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D235U 的半衰期约为7 亿年,随地球环境的变化,半衰期可能变短n4 向 n2 跃迁时2氢原子的能级如图3 所示有一群处于n 4 能级的氢原子,如原子从所发出的光正好使某种金属产生光电效应,就：图 3 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 跃迁时发出的光照耀该金属,所产生的光电子的最大初动能为 _ eV. 图 4 3如图 4 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

10、与弹簧发生碰撞,问弹簧的弹性势能最大时, P、Q 的速度各为多大？答案1AB24 10.23均为2 3v由于 n4 向 n2 跃迁所发生的光正好解析2一群处于 n4 能级的氢原子向基态跃迁时,使某种金属材料产生光电效应,所以只有n4 跃迁到 n1,n4 跃迁到 n2,n3 跃迁到n1,n2 跃迁到 n1 的光子能够使金属发生光电效应,即4 种逸出功W 0.85 eV3.40 eV 2.55 eV,从而 n4 跃迁到 n1 辐射的光子能量最大,为 0.85 eV 13.6 eV 12.75 eV,依据光电效应方程知,光电子的最大初动能EkmhW012.75 eV2.55 eV 10.2 eV.

11、3当弹簧的弹性势能最大时,P、Q 速度相等2mv0 2m mv1,解得 v1 2 3v关于原子跃迁要留意以下四方面：名师归纳总结 1一群氢原子处于量子数为n 的激发态时,可能辐射的光谱条数Nn n1. 第 4 页,共 10 页2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载2只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量hEm En时,光子才被吸取3“ 直接跃迁” 只能对应一个能级差,发射一种频率的光子“ 间接跃迁” 能对应多个能级差,发射多种频率的光子4入射光子能量大于电离能hEEn时,光子肯定能被原子吸取并使之电离,剩余能量为自由电子的动能例 3考题

12、3原子物理基础学问、光电效应与动量的组合1以下说法正确选项_A 光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量B玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的C经典物理学不能说明原子的稳固性和原子光谱的分立特点D原子核的质量大于组成它的核子的质量之和,这个现象叫做质量亏损2如图 5 所示是用光照耀某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 直线与横轴的交点坐标 4.27,与纵轴交点坐标 0.5由图可知普朗克常量为 _ Js,金属的截止频率为 _ Hz已知 1 eV1.60 1019 J图 5 3 图 6 如图 6 所示,质量分别为 m1 和 m2 的两个小球在光滑水平面上分别

13、以速度 v 1、v 2 同向运动,并发生对心碰撞,碰后 m2 被右侧墙壁原速弹回,又与 m1 碰撞,再一次碰撞后两球都静止求第一次碰后 m1 球速度的大小解析 1光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量,故 A 正确；玻尔原子模型：电子的轨道是量子化,原子的能量是量子化,所以他提出能量量子化,故 B 正确；经典物理学不能说明原子的稳固性和原子光谱的分立特点,C 正确；原子核的质量小于组成它的核子的质名师归纳总结 量之和,这个现象叫做质量亏损,故D 错误h,由图可知 h第 5 页,共 10 页2依据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0,Ekm 图象的斜率是普朗克常量- - - - - - -精选

14、学习资料 - - - - - - - - - 6.5 10学习好资料欢迎下载4.27 1014 Hz. 34 J s；横轴的截距大小等于截止频率,由图知该金属的截止频率为3设两个小球第一次碰后速度的大小分别为v 1和 v2,由动量守恒定律得：m1v 1m2v2m1v 1m2v 2两个小球再一次碰撞,m1v 1m2v 20 得： v 1m1v1 m2v2 2m1. 答案1ABC 34 26.5 104.27 10143m1v 1m2v2 2m13 1以下说法正确选项_A 汤姆生发觉了电子,并提出了原子的枣糕模型B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C一束光照耀到某种金属上不能发生光电效应,是

15、由于该束光的强度小D将放射性元素掺杂到其它稳固元素中,并降低其温度,该元素的半衰期将增大2 图 7 如图 7 所示, 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 的紫外线照耀阴极 K,有光电子逸出,光电子到达阳极的最大动能是 _；如在光电管阳极 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_3 图 8 如图 8 所示, 1928 年德国物理学家玻特用 粒子 4 2He轰击轻金属铍 9 4Be时,发觉有一种贯穿名师归纳总结 才能很强的中性射线查德威克对该粒子进行

16、讨论,进而发觉了一种新的粒子 中子第 6 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载写出 粒子轰击轻金属铍的核反应方程如中子以速率 v 0 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 v 1,氮核碰后的速率为 v 2,就中子的质量 m 等于多少？答案 1AB 2eUhh0 hh0e 3 42He94Be126C10n v0v1mN v2解析 1一束光照耀到某种金属上不能发生光电效应,是由于该束光的频率小,所以 C 错误；放射性元素的半衰期与物理、化学性质无关,故温度降低,半衰期不变,所以 D 错误2由题意

17、知,金属钠的逸出功为 W0h0,依据爱因斯坦光电效应方程 hW0 Ek,可求电子离开金属时的动能 Ek hh0,再依据动能定理可求光电子到达阳极时的动能 EkeUEkeUhh0；再依据动能定理 eUC Ek,可求 UChh0e . 4 9 12 13依据质量数与电荷数守恒,该核反应方程为 2He4Be6C0n 依据动量守恒可得：mv 0 mv 1mNv2解得 mv 0v1mN v 2处理光电效应问题的两条线索一是光的频率,二是光的强度,两条线索对应的关系是：1光强光子数目多发射光电子数多光电流大2光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大学问专题练 训练 14 题组 1 原子物理基础学问、核

18、反应与动量的组合1单项 2022 重庆 1碘 131 的半衰期约为 8 天,如某药物含有质量为 m 的碘 131,经过 32天后,该药物中碘 131 的含量大约仍有 m m m mA. 4 B. 8 C. 16 D. 32答案 C 解析 经过 n 个半衰期剩余碘 131 的含量 mm 1 2 n.因 32 天为碘 131 的 4 个半衰期,故剩余碘 131 含量： mm 1 2 4 m 16,选项 C 正确21单项 以下说法中正确选项 A 结合能越小,原子核越稳固名师归纳总结 B一群氢原子从n 4 的激发态跃迁到基态时,有可能辐射出6 种不同频率的光子第 7 页,共 10 页- - - - -

19、 - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载C卢瑟福的 粒子散射试验证明白原子核是由质子和中子组成的D衰变中产生的 射线实际上是原子的核外电子摆脱原子核的束缚形成的2一个静止的氮核 147N 俘获一个速度为 2.3 10 7 m/s 的中子生成一个复核 A,A 又衰变成 B、C两个新核设 B、C 的速度方向与中子的速度方向相同,B 的质量数是中子质量数的 11 倍, B的速度是 10 6 m/s,B、C 两原子核的电荷数之比为 52. 写出氮核 147N 俘获中子生成 A 的核反应方程；如质量数之比可视做质量之比,求 C 核的速度大小答案 1B 2 147N1

20、0n157N 3 10 6 m/s 解析 2依据电荷数守恒、质量数守恒得,B、C 电荷数之和为 7,由于 B、C 两原子核的电荷数之比为 52,就 C 的电荷数为 2,B、C 质量数之和为 15.由于 B 的质量是中子的 11 倍,就 B 的质量数为 11,C 的质量数为 4,所以 C 为 粒子依据动量守恒得, mnvnmBv BmCvC,代入数据解得 v C3 10 6 m/s. 题组 2 原子物理基础学问、能级与动量的组合3 1氢原子辐射出一个光子之后,依据玻尔理论,下面表达正确选项 _A 原子从高能级跃迁到低能级B电子绕核运动的半径减小C电子绕核运动的周期不变D原子的电势能减小E电子绕核

21、运动的动能减小2如图 1 所示,在光滑的水平面上,静止的物体 B 侧面固定一个轻弹簧,物体 A 以速度 v 0沿水平方向向右运动,通过弹簧与物体 B 发生作用,两物体的质量均为 m. 图 1 求它们相互作用过程中弹簧获得的最大弹性势能Ep；B 发生作用, 求当弹如 B 的质量变为2m,再使物体A 以同样的速度通过弹簧与静止的物体簧获得的弹性势能也为Ep 时,物体 A 的速度大小答案1ABD21 4mv02 3v0 或 0 解析2当 A、B 速度相同时,弹簧的弹性势能最大就 mv 02mv名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - -

22、 - 1 2mv01 2 2mv2Ep学习好资料欢迎下载解得 Ep1 4mv2 0当 B 的质量为 2m 时,设 A、B 的速度分别为 v1、v2,有mv0mv1 2mv212mv 01 2mv 11 2 2mv 22Ep解得 v 12 3v 0 或 v10. 当 v 12 3v0 时, v 21 6v 0,运动方向水平向右,符合条件；当 v 10 时, v 21 2v 0,运动方向水平向右,也符合条件题组 3 原子物理基础学问、光电效应与动量的组合4 1如图 2 所示,电路中全部元件完好,当光照耀到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的缘由是 _图 2 A 入射光强度较弱B入射光波长太

23、长C光照耀时间太短D电源正负极接反2如图 3 为试验室常用的气垫导轨验证动量守恒的装置两带有等宽遮光条的滑块 A 和 B,质量分别为 mA、mB,在 A、B 间用细线水平压住一轻弹簧,将其置于气垫导轨上,调剂导轨使其能实现自由静止,这是说明 _ ,烧断细线,滑块 A、B 被弹簧弹开 , 光 电 门 C 、 D 记 录 下 两 遮 光 条 通 过 的 时 间 分 别 为 t A 和 tB , 如 有 关 系 式_ ,就说明该试验动量守恒图 3 330 15P 是人类第一制造出的放射性同位素,其半衰期为2.5 min,能衰变为30 14Si 和一个未知粒子写出该衰变的方程；名师归纳总结 已知容器中

24、原有纯30 15P 的质量为 m,求 5 min 后容器中剩余30 15P 的质量第 9 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案1BD 学习好资料欢迎下载2气垫导轨水平 mA t AmB tB或mA t AmB tB0 3 3015P3014Si01e m 4解析 1灵敏电流计中没有电流通过,可能是未发生光电效应现象,即入射光的频率小于金属的截止频率,与光照强度无关,应选项 A 错误,选项 B 正确；与入射光的照耀时间无关,应选项 C 错误；仍可能是由于电源正负极接反,即电场反向导致,应选项 D 正确2滑块在气垫导轨上能自由静止,说明气垫导轨水平,由于滑块在气垫导轨上所受阻力忽视不计, 认为是零, 如上述过程就mA tAmB tB或mA tAmB tB0. A、B 系统动量守恒, 就有： mAvAmBv B,又由于两遮光条等宽,3依据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒可知该衰变的方程为：名师归纳总结 30 15P30 14Si0 1e 30 15P 的质量为：第 10 页,共 10 页5 min 后容器中剩余m1 t 1 2 m 22mm 4. - - - - - - -