【优化探究】2015高考物理二轮专题复习素能提升1-8碰撞与动量守恒近代物理初步(含解析)新人教版

-1-【优化探究】2015高考物理二轮专题复习素能提升1-8碰撞与动量守恒近代物理初步（含解析）新人教版1．(2014年高考福建卷)(1)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________．A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线(2)一枚火箭搭载着卫星以速度v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为______．A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－m2m1v2D．v0＋m2m1(v0－v2)解析：(1)α射线是高速氦核流，带正电，垂直进入匀强电场后，受电场力作用向右(负极板一侧)偏转，β射线是高速电子流，带负电，应向左(正极板一侧)偏转，γ射线是高频电磁波，不带电，不偏转，A、B错误；射线垂直进入匀强磁场，根据左手定则判定C正确，D错误．(2)箭体与卫星分离过程动量守恒，由动量守恒定律有(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，解得v1＝v0＋m2m1(v0－v2)，D正确．答案：(1)C(2)D2.(2014年高考山东卷)(1)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是________．-2-a．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmb．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级c．一群处于n＝3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633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级(2)如图，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.开始时橡皮筋松弛，B静止，给A向左的初速度v0.一段时间后，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间A的速度的两倍，也是碰撞前瞬间B的速度的一半．求：①B的质量；②碰撞过程中A、B系统机械能的损失．解析：(1)由E初－E终＝hν＝hcλ可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3－E2E2－E1，故a错误．由－1.51－－－3.4－－＝λ656得λ＝121.6nm325nm，故b错误．由C23＝3可知c正确．因跃迁中所吸收光子的能量必须等于始末能级的差值，即从n＝2跃迁到n＝3的能级时必须吸收λ＝656nm的光子，故d正确．(2)①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：碰撞前瞬间A的速度为v2，碰撞前瞬间B的速度为2v，由动量守恒定律得mv2＋2mBv＝(m＋mB)v①由①式得mB＝m2②②从开始到碰后的全过程，由动量守恒定律得mv0＝(m＋mB)v③设碰撞过程A、B系统机械能的损失为ΔE，则ΔE＝12m(v2)2＋12mB(2v)2－12(m＋mB)v2④联立②③④式得ΔE＝16mv20.答案：(1)cd(2)①m2②16mv203．(2014年高考新课标Ⅰ全国卷)(1)关于天然放射性，下列说法正确的是________．A．所有元素都可能发生衰变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．α、β和γ三种射线中，γ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α、β和γ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h＝0.8m，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t＝0.3s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球的速度恰为零．已知mB＝3mA，重力加速度大小g＝10m/s2，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失．求：-3-①B球第一次到达地面时的速度；②P点距离地面的高度．解析：(1)原子序数大于或等于83的元素，都能发生衰变，而原子序数小于83的部分元素能发生衰变，故A错．放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故B、C项正确．在α、β、γ三种射线中，α、β为带电粒子，穿透本领较弱，γ射线不带电，具有较强的穿透本领，故D项正确．一个原子核不能同时发生α和β衰变，故E项错误．(2)①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＝2gh①将h＝0.8m代入上式，得vB＝4m/s.②②设两球相碰前后，A球的速度大小分别为v1和v1′(v1′＝0)，B球的速度分别为v2和v2′.由运动学规律可得v1＝gt③由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相碰前后的动量守恒，总动能保持不变．规定向下的方向为正，有mAv1＋mBv2＝mBv2′④12mAv21＋12mBv22＝12mBv2′2⑤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vB′＝vB⑥设P点距地面的高度为h′，由运动学规律可得h′＝v′2B－v222g⑦联立②③④⑤⑥⑦式，并代入已知条件可得h′＝0.75m.答案：(1)BCD(2)①4m/s②0.75m4．(1)锌是微量元素的一种，在人体内的含量以及每天所需的摄入量都很少，但对机体发育及大脑发育有关．因此儿童生长发育时期测量体内含锌量已成为体格检查的重要内容之一，其中比较简单的一种检测方法是取儿童的头发约50g，放在核反应堆中经中子轰击后，头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的同位素锌，其核反应方程式为6430Zn＋10n→6530Zn.6530Zn衰变放射出能量为1115eV的γ射线，通过测定γ射线的强度可以计算出头发中锌的含量．关于以上叙述，下列说法正确的是()A．产生6530Zn的反应是聚变反应B.6430Zn和6530Zn具有相同的质子数C.6530Zn衰变放射出γ射线时，发生质量亏损，质量亏损并不意味着质量被消灭D．γ射线在真空中传播的速度是3.0×108m/sE．γ射线是由于锌原子的内层电子激发产生的-4-(2)氢原子的能级如图所示．若有一群处于n＝4能级的氢原子，这群氢原子最多能发出________种谱线，用发出的光子照射某金属能产生光电效应，则该金属的逸出功不应超过________eV.电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．这群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有________条属于巴耳末线系．解析：(1)产生6530Zn的反应是人工转变，只有轻核才发生聚变反应，A错误；同位素6430Zn和6530Zn的质子数相同，中子数不同，B正确；核反应中质量亏损不是质量消灭，是静止质量转变为运动质量，C正确；γ射线是波长很短的电磁波，在真空中传播的速度是3.0×108m/s，γ射线是由于原子核受到激发产生的，D正确，E错误．(2)根据玻尔理论，电子从高轨道跃迁到低轨道，释放光子，能量减少，电子的运动速度加快，动能增加；一群处于n＝4能级的氢原子最多能发出C24＝6种谱线，其中从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，为E4－E1＝－0.85eV－(－13.6)eV＝12.75eV，若金属的逸出功超过12.75eV，用发射出的光子照射金属就不能发生光电效应；发出的谱线中属于巴耳末线系的有4→2或3→2两条．答案：(1)BCD(2)612.7525．(1)(多选)下列说法中正确的是________．A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为42He＋147N→178O＋11HB．铀核裂变的核反应是23592U→14156Ba＋9236Kr＋210nC．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2D.如右图所示，原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为λ1λ2λ1－λ2的光子(2)在光滑的冰面上放置一个截面圆弧为四分之一圆的半径足够大的光滑自由曲面，一个坐在冰车上的小孩手扶一小球静止在冰面上．已知小孩和冰车的总质量为m1，小球的质量为m2，曲面质量为m3，某时刻小孩将小球以v0的速度向曲面推出(如图所示)．①求小球在圆弧面上能上升的最大高度．②若m1＝40kg，m2＝2kg，小孩将小球推出后还能再接到小球，试求曲面质量m3应满足的条件．解析：(1)卢瑟福发现质子的实验是用α粒子轰击氮核，核反应方程为42He＋147N→178O＋11H，A项正确；铀核裂变需要有中子轰击，其核反应是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n，则B项不正确；质子和中子结合成一个α粒子，其核反应方程式为210n＋211H→42He，故释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，则C项不正确；根据能级跃迁，原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射-5-的光子能量是hcλ1；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收的光子能量是hcλ2，则原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收的光子能量是hcλ2－hcλ1，其波长为λ1λ2λ1－λ2，D项正确．(2)①小球在曲面上运动到最大高度时两者共速，速度为v，小球与曲面的系统动量守恒，机械能也守恒，有m2v0＝(m2＋m3)v，12m2v20＝12(m2＋m3)v2＋m2gh，解得h＝m3v20＋.②小孩推球的过程中动量守恒，即0＝m2v0－m1v1.对于球和曲面，根据动量守恒定律和机械能守恒定律有m2v0＝－m2v2＋m3v3，12m2v20＝12m2v22＋12m3v23，解得v2＝m3－m2m3＋m2v0.若小孩将球推出后还能再接到球，则有v2v1，得m34219kg.答案：(1)AD(2)①m3v20＋②m34219kg课时跟踪训练1．(1)(多选)下列四幅图的有关说法中正确的是________．①球m1以v碰静止球m2②放射线在磁场中偏转③光电流与电压的关系A．图①中，若两球质量相等，碰后m2的速度一定不大于vB．图②中，射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷C．图③中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，遏止电压Uc越大-6-D．图④中，链式反应属于重核的裂变(2)质量分别为m1和m2的两个小球叠放在一起，从高度为h处自由落下，如图所示．已知h远大于两球半径，所有的碰撞都是完全弹性碰撞，且都发生在竖直方向上．若碰撞后m2恰处于平衡状态，求①两个小球的质量之比m1∶m2；②小球m1上升的最大高度．解析：(1)图①中，若两球质量相等，只有在完全弹性碰撞时碰后m2的速度才等于v，一般碰撞，机械能损失，所以碰后m2的速度一定不大于v，选项A正确．图②中，射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，选项B错误．图③中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，遏止电压Uc不变，选项C错误．图④中，链式反应属于重核的裂变，选项D正确．(2)下降过程为自由落体运动，触地时两球速度相同，v＝2gh，m2碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等，选m1与m2碰撞过程为研究过程，碰撞前后动量守恒，设碰后m1速度大小为v1，碰后m2处于平衡状态，速度为0.选向上方向为正方向，则(m2－m1)v＝m1v1由能量守恒定律得12(m2＋m1)v2＝12m1v21，联立解得m1∶m2＝1∶3，v1＝22gh.反弹后高度H＝v21/(2g)＝4h.答案：(1)AD(2)①1∶3②4h2．(2014年洛阳联考)(1)下列说法正确的是________．A．电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性B．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C．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线D．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强E．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能