浙江省2012屆高考物理總復(fù)習(xí) 第13章 原子物理 碰撞與動(dòng)量守恒精練精析

1、第13章原子物理碰撞與動(dòng)量守恒 第一節(jié)波和粒子一、單項(xiàng)選擇題1關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是()A不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性B運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道C波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性解析：選D.實(shí)物粒子與光子都具有波粒二象性，A、B、C正確2(2009年高考遼寧、寧夏理綜卷)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C從金屬表面出來的光

2、電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多解析：選A.由h0W知A正確；入射光頻率低于極限頻率，光照時(shí)間不論有多長(zhǎng)，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，B錯(cuò)；由EkmhW知，最大初動(dòng)能的大小既與入射光頻率有關(guān)，也與逸出功有關(guān)，C錯(cuò)；單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)只與光強(qiáng)有關(guān)，與光頻率無關(guān)，D錯(cuò)3(2009年高考廣東卷)硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件下列表述正確的是()A硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B硅光電池中吸收了能量的電子都能逸出C逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無關(guān)D任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)答案：A4(2010

3、年高考四川卷)用波長(zhǎng)為2.0×107 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動(dòng)能是4.7×1019 J由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h6.63×1034 J·s，光速c3.0×108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A5.5×1034 HzB7.9×1014 HzC9.8×1014 Hz D1.2×1015 Hz解析：選B.該題考查光電效應(yīng)方程，由mv2hW0和W0h0可得07.9×1014 Hz，B選項(xiàng)正確二、不定項(xiàng)選擇題5在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占整個(gè)從單縫射入的光強(qiáng)

4、的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處C可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大答案：CD6(2011年?yáng)|陽(yáng)中學(xué)高三月考)用頻率為1的單色光照射某種金屬表面，發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象現(xiàn)改為頻率為2的另一單色光照射該金屬表面，下面說法正確的是()A如果21，能夠發(fā)生光電效應(yīng)B如果21，不能夠發(fā)生光電效應(yīng)C如果21，逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D如果21，逸出光電子的最大初動(dòng)能不受影響解析：選AC.對(duì)一定的金屬，入射光的頻率必須大于或等于某一頻率時(shí)才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，頻率稱為截止頻率，如果入射光的頻率低于截止頻率，則不論光強(qiáng)多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都不會(huì)

5、產(chǎn)生光電效應(yīng)，不同的金屬有不同的截止頻率所以當(dāng)21時(shí)能夠發(fā)生光電效應(yīng)，21時(shí)不一定能夠發(fā)生光電效應(yīng)，A正確，B錯(cuò)誤；又光電子的初動(dòng)能隨著入射光頻率的增加而線性增加，所以當(dāng)21時(shí)逸出光電子的初動(dòng)能增大，C正確，D錯(cuò)誤7圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象由圖象可知()A該金屬的逸出功等于EB該金屬的逸出功等于h0C入射光的頻率為20時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED入射光的頻率為0/2時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E/2答案：ABC8(2010年高考浙江卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、

6、丙光)，如圖所示則可判斷出()A甲光的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析：選B.由于是同一光電管，因而不論對(duì)哪種光，極限頻率和金屬的逸出功相同，對(duì)于甲、乙兩種光，反向截止電壓相同，因而頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；丙光對(duì)應(yīng)的反向截止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長(zhǎng)較短，對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能較大，故C、D均錯(cuò)，只有B項(xiàng)正確三、計(jì)算題9紫光的波長(zhǎng)為4000 ，金屬鈉的逸出功為3.5×1019 J，求：(1)每個(gè)紫光光子的能量為多少？(2)若用該紫光照射金屬鈉時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能是

7、多少？解析：(1)因Eh，而，所以E J5.0×1019 J.(2)由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程得：hWEkmax，所以EkmaxhW5.0×1019 J3.5×1019 J1.5×1019 J.答案：(1)5.0×1019 J(2)1.5×1019 J10(2011年溫州八校聯(lián)考)普朗克常量h6.63×1034 J·s，鋁的逸出功W06.72×1019 J，現(xiàn)用波長(zhǎng)200 nm的光照射鋁的表面(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(1)求光電子的最大初動(dòng)能；(2)若射出的一個(gè)具有最大初動(dòng)能的光電子正對(duì)一個(gè)原來靜止的電子運(yùn)

8、動(dòng)，求在此運(yùn)動(dòng)過程中兩電子電勢(shì)能增加的最大值(電子所受的重力不計(jì))解析：(1)EkhW0c/Ek3.23×1019 J.(2)增加的電勢(shì)能來自系統(tǒng)損失的動(dòng)能，當(dāng)兩電子的速度相等時(shí)電勢(shì)能最大，由動(dòng)量守恒定律得mv02mv損失的動(dòng)能：Ekmv(2m)v21.62×1019 J所以，電勢(shì)能增加的最大值為1.62×1019 J.答案：(1)3.23×1019 J(2)1.62×1019 J第二節(jié)原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜一、單項(xiàng)選擇題1(2011年廣東廣州模擬)仔細(xì)觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是()A氫原子只有幾個(gè)能級(jí)B氫原子只能

9、發(fā)出平行光C氫原子有時(shí)發(fā)光，有時(shí)不發(fā)光D氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對(duì)應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的解析：選D.光譜中的亮線對(duì)應(yīng)不同頻率的光，“分離不連續(xù)亮線”對(duì)應(yīng)著不同頻率的光，B、C錯(cuò)氫原子在不同的能級(jí)之間躍遷時(shí)，輻射不同能量的光子，并且滿足Eh.能量不同，相應(yīng)光子頻率不同，體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線，A錯(cuò)誤D正確2許多物質(zhì)在紫外線照射下能發(fā)出熒光，紫外線照射時(shí)，這些物質(zhì)的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量變化分別為E1和E2，則下列說法正確的是()A兩次躍遷均向高能級(jí)躍遷，且E1E2B兩次躍遷均向低能級(jí)躍遷，且E1E2C先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且E1E2D先向低能級(jí)躍遷，再向高

10、能級(jí)躍遷，且E1E2解析：選C.第一次躍遷是吸收紫外線光子，第二次躍遷是放出可見光光子由于h1h2，故E1E2，C項(xiàng)正確3(2009年高考全國(guó)卷)氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長(zhǎng)的激光，其中兩種波長(zhǎng)分別為10.6328 m，23.39 m.已知波長(zhǎng)為1的激光是氖原子在能級(jí)間隔為E11.96 eV的兩個(gè)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的用E2表示產(chǎn)生波長(zhǎng)為2的激光所對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)間隔，則E2的近似值為()A10.50 eVB0.98 eVC0.53 eV D0.36 eV解析：選D.由躍遷公式得E1，E2，聯(lián)立可得E2·E10.36 eV，選項(xiàng)D對(duì)4(2010年高考重慶卷)氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示不同

11、色光的光子能量如下表所示.色光紅橙黃綠藍(lán)-靛紫光子能量范圍(eV)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A紅、藍(lán)-靛 B黃、綠C紅、紫 D藍(lán)-靛、紫解析：選A.原子發(fā)光時(shí)光子的能量等于原子能級(jí)差，先分別計(jì)算各相鄰的能級(jí)差，再由小到大排序結(jié)合可見光的光子能量表可知，有兩個(gè)能量分別為1.89 eV和2.55 eV的光子屬于可見光并且屬于紅光和藍(lán)靛的范圍，故答案為A.二、不定項(xiàng)選擇題5(2011年安徽合肥市一模)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程，下列說法正確的有()A湯姆孫發(fā)現(xiàn)

12、電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)C對(duì)原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路D玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯(cuò)誤的解析：選BC.盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)設(shè)想原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)，A錯(cuò)；玻爾理論有局限性，但不能說是錯(cuò)誤的，D錯(cuò)；B、C說法是正確的6如圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，下述對(duì)觀察到現(xiàn)象的說法中正確的是()A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B放在B位置時(shí)，相同時(shí)

13、間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少答案：AD7氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，下列說法中正確的是()A氫原子的能量增加B氫原子的能量減少C氫原子要吸收一定頻率的光子D氫原子要放出一定頻率的光子解析：選BD.氫原子的核外電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量(包括動(dòng)能和勢(shì)能)越大當(dāng)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，原子的能量減少，氫原子要放出一定頻率的光子顯然，選項(xiàng)B、D正確三、計(jì)算題8如圖所示，氫原子從n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，輻射出能量為2.5

14、5 eV的光子，問：(1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？(2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖解析：(1)氫原子從n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，輻射光子的頻率應(yīng)滿足：hEnE22.55 eVEnhE20.85 eV所以，n4基態(tài)氫原子要躍遷到n4的能級(jí)，應(yīng)提供的能量為EE4E112.75 eV.(2)輻射躍遷圖如答案圖所示答案：(1)12.75 eV(2)9(2011年金華十校聯(lián)考)在研究原子物理時(shí)，科學(xué)家經(jīng)常借用宏觀模型進(jìn)行模擬在玻爾原子模型中，完全可用衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)來模擬研究電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)當(dāng)然這時(shí)的向心力不是粒子間的萬有引力(

15、可忽略不計(jì))，而是粒子的靜電力設(shè)氫原子中，電子和原子核的帶電荷量大小都是e1.60×1019 C，電子在第1、2可能軌道運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑分別為r10.53×1010 m，r24r1，據(jù)此求：(1)電子分別在第一、二可能軌道運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能(以eV為單位)(2)當(dāng)電子從第一可能軌道躍遷到第二可能軌道時(shí)，原子還需吸收10.2 eV的光子，那么電子的電勢(shì)能增加了多少？(靜電力常量k9.0×109 N·m2/C2)解析：(1)電子所受靜電力提供向心力k故Ekmv2Ek1 J13.6 eVEk2Ek13.4 eV.(2)根據(jù)能量守恒，EpE(Ek1Ek2)故Ep20

16、.4 eV.答案：(1)13.6 eV,3.4 eV(2)20.4 eV第三節(jié)核反應(yīng)核能一、單項(xiàng)選擇題1(2009年高考浙江理綜卷)氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫(kù)侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A核力、萬有引力、庫(kù)侖力B萬有引力、庫(kù)侖力、核力C庫(kù)侖力、核力、萬有引力D核力、庫(kù)侖力、萬有引力解析：選D.核力是強(qiáng)相互作用力，氦原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子是靠核力結(jié)合在一起的可見核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力；微觀粒子的質(zhì)量非常小，萬有引力小于庫(kù)侖力故D選項(xiàng)正確2(2010年高考上海卷)現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于()A天然放射性元素衰變放出的能量B人工放射性同位素放出的

17、能量C重核裂變放出的能量D化學(xué)反應(yīng)放出的能量解析：選C.現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾裂變放出的核能發(fā)電，故C項(xiàng)正確3(2010年高考大綱全國(guó)卷)原子核U經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薝.放射性衰變、和依次為()A衰變、衰變和衰變B衰變、衰變和衰變C衰變、衰變和衰變D衰變、衰變和衰變解析：選A.由電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒可分別寫出衰變?yōu)閁ThHe，衰變?yōu)門hPae，衰變?yōu)镻aUe，故知正確答案為A.4(2010年高考大綱全國(guó)卷)原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個(gè)粒子和一個(gè)質(zhì)子由此可知()AA2，Z1BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z2解析：選

18、D.該核反應(yīng)的方程式為：XHHeH，由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：A4123，Z2112，故正確答案為D.5.U經(jīng)過一系列衰變和衰變，最后變成Pb，衰變方程可寫為：UPbnkP，則()An7，k4 Bn5，k0Cn6，k4 Dn4，k7答案：A二、不定項(xiàng)選擇題6(2009年高考天津理綜卷)下列說法正確的是()A.NHCHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應(yīng)方程C.UThHe是核裂變反應(yīng)方程D.HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析：選BD.核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)的方程特點(diǎn)各有不同，衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)或粒子聚變方程的左邊是兩個(gè)輕核反應(yīng)，右邊是中等原子核裂變方程的左邊是重核與中子反

19、應(yīng)，右邊是中等原子核人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項(xiàng)正確7氫有三種同位素，分別是氕H、氘H、氚H，則()A它們的質(zhì)子數(shù)相等B它們的核外電子數(shù)相等C它們的核子數(shù)相等D它們的中子數(shù)相等解析：選AB.氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，所以本題A、B選項(xiàng)正確8(2011年紹興一中檢測(cè))我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電、顯示了EAST裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1000 s，溫度超過1億度，標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先

20、進(jìn)水平合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是()A兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m4)c2D與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性解析：選BD.由核反應(yīng)方程知2HHeX，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E(2m1m3m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確三、計(jì)算題9太陽(yáng)的能量來源是輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看做是4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)正電子試寫出核反應(yīng)方程，并由表中數(shù)據(jù)計(jì)算出該聚變反應(yīng)過程中釋放的能量(取1 u×1026 kg)粒子名稱質(zhì)子p粒子電子e中子n質(zhì)量/u