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1、学习好资料 欢迎下载 专题能力训练 16 碰撞与动量守恒 近代物理初步(时间:45 分钟 满分:90 分)1.(1)(5分)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量,该反应方程为 He+x,式中 x 是某种粒子。已知 He和粒子 x 的质量分别为 2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u 和 1.008 7 u;1 u=,c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知,粒子 x 是,该反应释放出的能量为 MeV(结果保留三位有效数字)。(2)(10分)如图所示,光滑水平面上静置一长木板,长木板上表面的AB部分为光滑圆弧,BC部分为粗糙平面,AB与BC平滑连接。小物体由A点静止释
2、放,恰好未滑离木板。已知A点到BC的竖直高度为h,BC部分的长度为l,长木板的质量为 2m,小物体的质量为m,求:小物体滑到B点时,二者的速度大小;BC部分与小物体间的动摩擦因数。2.(1)(多选)(5 分)(2015湖南长望浏宁四县调研)下列说法正确的是。A.根据玻尔理论,氢原子在辐射光子的同时,轨道也在连续地减小 B.放射性物质的温度升高,则半衰期减小 C.用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,不可能使氘核分解为一个质子和一个中子 D.某放射性原子核经过 2 次 衰变和一次 衰变,核内质子数减少 3 个 E.根据玻尔理论,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,
3、同时电子的动能增大,电势能减小 (2)(10分)如图所示,一个质量为 m0=50 kg 的运动员和质量为 m=10 kg 的木箱静止在光滑水平面上,从某时刻开始,运动员以v0=3 m/s 的速度向墙方向推出箱子,箱子与右侧墙壁发生完全弹性碰撞后返回,当运动员接到箱子后,再次重复上述过程,每次运动员均以v0=3 m/s 的速度向墙方向推出箱子。求:运动员第一次接到木箱后的速度大小;运动员最多能够推出木箱几次?学习好资料 欢迎下载 3.(1)(多选)(5 分)(2015山东滕州实验中学期末)关于近代物理学的结论中,下面叙述中正确的是。A.比结合能越小表示原子核中的核子结合的越牢固 B.衰变所释放的
4、电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C.一个氘核 H)与一个氚核 H)聚变生成一个氦核 He)的同时,放出一个中子 D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量也减小 E.质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3,质子和中子结合成一个 粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2(2)(10分)如图所示,可看成质点的A物体叠放在上表面光滑的B物体上,一起以v0的速度沿光滑的水平轨道匀速运动,与静止在同一光滑水平轨道上的木板C发生完全非弹性碰撞,B、C的上表面相平且B、C不粘连,A滑上C后恰好能到达C板的最右端,已知A、B、C
5、质量均相等,木板C长为L,求:A物体的最终速度;A在木板C上滑行的时间。4.(1)(多选)(5 分)(2015江西红色六校联考)以下有关近代物理内容的若干叙述,正确的是。A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大 B.有 10 个放射性元素的原子核,当有 5 个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期 C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,会辐射一定频率的光子,同时氢原子的电势能减小,电子的动能增大 D.天然放射现象说明原子核内部是有结构的 E.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损,都向外界放出核
6、能(2)(10分)如图所示,一质量为m1=0.45 kg 的平板小车静止在光滑的水平轨道上。车顶右端放一质量为m2=0.2 kg 的小物块,小物块可视为质点。现有一质量为m0=0.05 kg 的子弹以水平速度v0=100 m/s 射中小车左端,并留在车中,最终小物块以 5 m/s 的速度与小车脱离。子弹与车相互作用时间很短。g取10 m/s2。求:子弹刚射入小车时,小车的速度大小;小物块脱离小车时,小车的速度大小。释放出巨大的能量该反应方程为式中是某种粒子已知和粒子的质量分别为和是真空中的光速由上述反应方程和数据可知粒子是该反应释放出的能量为结果保留三位有效数字分如图所示光滑水平面上静置一长木
7、板长木板上表面的部分长木板的质量为小物体的质量为求小物体滑到点时二者的速度大小部分与小物体间的动摩擦因数多选分湖南长望浏宁四县调研下说法正确的是根据玻尔理论氢原子在辐射光子的同时轨道也在连续地减小放射性物质的温度升高则半衰次衰变和一次衰变核内质子数减少个根据玻尔理论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增大电势能减小分如图所示一个质量为的运动员和质量为的木箱静止在光滑水平面上从某时刻学习好资料 欢迎下载 5.(1)(多选)(5 分)(2015山东青岛高三一模)下列说法正确的是。A.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构 B.氢原子从n=3 的能级向低能
8、级跃迁时只会辐射出两种不同频率的光 C.比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量 D.放射性元素每经过一个半衰期,其质量减少一半 (2)(10分)(2015山东泰安高三一模)如图所示,长R=0.6 m 的不可伸长的细绳一端固定在O点,另一端系着质量m2=0.1 kg 的小球B,小球B刚好与水平面相接触。现使质量m1=0.3 kg 的物块A以v0=4 m/s 的速度向B运动,A与水平面间的接触面光滑。A、B碰撞后,物块A的速度变为碰前瞬间速度的,小球B能在竖直平面内做圆周运动。已知重力加速度g取 10 m/s2,A、B均可视为质点。求:在A与B碰撞后瞬间,小球B的速度v2的大小;小
9、球B运动到圆周最高点时受到细绳的拉力大小。6.(1)(多选)(5 分)(2015河南洛阳统考)下列说法正确的是。A.温度越高,放射性元素的半衰期越长 B.天然放射现象说明原子核内部是有结构的 C.汤姆孙通过 粒子散射实验提出了原子的核式结构 D.光的波长越大,光子的能量越小 E.由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 (2)(10分)如图所示,在平直轨道上P点静止放置一个质量为 2m的物体A,P点左侧粗糙,右侧光滑,现有一颗质量为m的子弹以v0的水平速度射入物质A并和物体A一起滑上光滑平面,与前方静止物体B发生弹性正碰后返回,在粗糙面滑行距离d停下。已知动摩擦因数为=,求:子弹与物
10、体A碰撞过程中损失的机械能;B物体的质量。释放出巨大的能量该反应方程为式中是某种粒子已知和粒子的质量分别为和是真空中的光速由上述反应方程和数据可知粒子是该反应释放出的能量为结果保留三位有效数字分如图所示光滑水平面上静置一长木板长木板上表面的部分长木板的质量为小物体的质量为求小物体滑到点时二者的速度大小部分与小物体间的动摩擦因数多选分湖南长望浏宁四县调研下说法正确的是根据玻尔理论氢原子在辐射光子的同时轨道也在连续地减小放射性物质的温度升高则半衰次衰变和一次衰变核内质子数减少个根据玻尔理论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增大电势能减小分如图所示一个质量为
11、的运动员和质量为的木箱静止在光滑水平面上从某时刻学习好资料 欢迎下载 参考答案 1.答案:(1n(或中子)17.6(2)解析:(1)热核聚变的核反应方程为 Hn,所以 x 为 n(或中子)。E=mc2=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u)931.5 MeV=17.6 MeV。(2)由动量守恒定律有 0=mv1-2mv2 由机械能守恒定律有 mgh=2m 解得v1=,v2=。由动量守恒定律有 0=3mv,解得v=0 由能量守恒定律有mgh=mgl 解得=。2.答案:(1)CDE(2)1 m/s3 次 解析:(1)原子的轨道是不连续的,分立的,因此氢原
12、子在辐射光子的同时,轨道在减小,但轨道是不连续地减小,选项 A错误;半衰期是非常稳定的,是由物质本身的性质决定的,与物体所处的环境没有关系,选项 B错误;结合能是把原子核分解成核子所需要的能量,静止氘核要分解成核子,吸收的能量不但要使其分解,还要一部分能量转化为分解的核子所具有的动能,所以能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核是不可能使其分解的,选项 C正确;某放射性原子核经过 2 次 衰变时,核子中质子减少 2 个,中子减少 2 个,当再经过一次 衰变时,一个中子又转变为质子,因此核内质子数减少 3 个,选项 D正确;当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,轨道半径
13、减小,根据,可知电子的动能增大,由于轨道半径减小,因此电场力做正功,电势能减小,选项 E正确。(2)取水平向左为正方向,由系统动量守恒定律得 第一次推出箱子过程:m0v1-mv0=0 第一次接住箱子过程:m0v1+mv0=(m0+m)v1 解得v1=1 m/s;第二次推出箱子过程:(m0+m)v1=m0v2-mv0 第二次接住箱子过程:m0v2+mv0=(m0+m)v2 解得v2=同理可得第n次接住时获得的速度为 vn=n(n=1,2,3,)当vn=nv0时,运动员不能接住箱子。解得n3,则运动员最多能够推出箱子 3 次。3.答案:(1)BCE(2)v0 解析:(1)比结合能越大,表示原子核中
14、核子结合得越牢固,原子核越稳定,故选项 A错误;衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生,故选项 B正确;根据质量数守恒和电荷数守恒知:一个氘核 H)与一个氚核 H)聚变生成一个氦核 He)的同时,放出一个中子,选项 C正确;按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能释放出巨大的能量该反应方程为式中是某种粒子已知和粒子的质量分别为和是真空中的光速由上述反应方程和数据可知粒子是该反应释放出的能量为结果保留三位有效数字分如图所示光滑水平面上静置一长木板长木板上表面的部分长木板的质量为小物体的质量为求小物体滑到点时二者的速度大小部分与小
15、物体间的动摩擦因数多选分湖南长望浏宁四县调研下说法正确的是根据玻尔理论氢原子在辐射光子的同时轨道也在连续地减小放射性物质的温度升高则半衰次衰变和一次衰变核内质子数减少个根据玻尔理论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增大电势能减小分如图所示一个质量为的运动员和质量为的木箱静止在光滑水平面上从某时刻学习好资料 欢迎下载 量增大,选项 D错误;根据爱因斯坦质能方程,质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3,质子和中子结合成一个 粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2,选项 E正确。(2)设A、B、C的质量为m,B、C碰撞过程中动量守恒,令B、C碰
16、后的共同速度为v1,则mv0=2mv1,解得v1=,B、C共速后A以v0的速度滑上C,A滑上C后,B、C脱离,A、C相互作用过程中动量守恒,设最终A、C的共同速度为v2,则mv0+mv1=2mv2,解得v2=。在A、C相互作用过程中,根据功能关系有FfL=2m(Ff为A、C间的摩擦力),代入解得Ff=此过程中对C,根据动量定理有Fft=mv2-mv1 代入相关数据解得t=。4.答案:(1)CDE(2)10 m/s8 m/s 解析:(1)紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,根据光电效应方程,最大初动能与入射光的频率有关,与光照强度无关,选项 A错误;半衰期是大量原子核的统计规律,对少数原
17、子核没有意义,选项 B错误;氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,能量减小,释放光子,由高轨道跃迁到低轨道,速度增大,动能增大,能量减小,则电势能减小,选项 C正确;天然放射现象说明原子核内部具有复杂结构,选项 D正确;重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损,根据 E=mc2,都向外界放出核能,选项 E正确。(2)子弹射入小车的过程中,子弹与小车组成的系统动量守恒,设子弹和小车的共同速度为v1,由动量守恒定律得 m0v0=(m0+m1)v1 解得v1=10 m/s。整个运动过程中,子弹、小车和小物块组成的系统动量守恒,小物块最终以v3=5 m/s 的速度脱离小车,设此时小车的速度为v2,
18、由动量守恒定律得(m0+m1)v1=(m0+m1)v2+m2v3 解得v2=8 m/s。5.答案:(1)AC(2)6 m/s1 N 解析:(1)天然放射现象的发现说明在原子的内部还存在着复杂的结构,选项 A正确;氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时可以从n=3 到n=2,也可以从n=3 到 n=1,还可以从n=2 到n=1,可放出 3 种不同频率的光,选项 B错误;比结合能大的原子结合牢固,打开时吸收的能量多,因此比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量,选项 C正确;放射性元素每经过一个半衰期,有一半的质量发生衰变,选项 D 错误。(2)A、B组成的系统在碰撞过程动量守恒 m1v
19、0=m1+m2v2 v2=6 m/s。设小球在最高点的速度大小为v3,则m2m2+2m2gR 在最高点:FT+m2g=m2 得FT=1 N。6.答案:(1)BDE(2)9m 解析:(1)放射性元素的半衰期与外部条件无关,故选项 A错误;天然放射现象说明原子核内部是有结构的,选项 B正确;卢瑟福通过 粒子散射实验提出了原子的核式结构理论,选项 C错误;根据E=可知光的波长越大,光子的能量越小,选项 D正确;由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时能放出光子,选项 E正确,故选 B、D、E。(2)设子弹与物体A的共同速度为v,由动量守恒定律mv0=3mv 则该过程损失的机械能 E=3mv2=以子弹
20、、物体A和物体B为系统,设B的质量为M,碰后子弹和物体A的速度为v1,物体B的速度为v2,由动量守恒定律 3mv=Mv2-3mv1 碰撞过程机械能守恒 3mv2=3m 子弹与物体A滑上粗糙面到停止,由能量守恒定律 3mgd=3m 又=综上可解得M=9m。释放出巨大的能量该反应方程为式中是某种粒子已知和粒子的质量分别为和是真空中的光速由上述反应方程和数据可知粒子是该反应释放出的能量为结果保留三位有效数字分如图所示光滑水平面上静置一长木板长木板上表面的部分长木板的质量为小物体的质量为求小物体滑到点时二者的速度大小部分与小物体间的动摩擦因数多选分湖南长望浏宁四县调研下说法正确的是根据玻尔理论氢原子在
21、辐射光子的同时轨道也在连续地减小放射性物质的温度升高则半衰次衰变和一次衰变核内质子数减少个根据玻尔理论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增大电势能减小分如图所示一个质量为的运动员和质量为的木箱静止在光滑水平面上从某时刻学习好资料 欢迎下载 释放出巨大的能量该反应方程为式中是某种粒子已知和粒子的质量分别为和是真空中的光速由上述反应方程和数据可知粒子是该反应释放出的能量为结果保留三位有效数字分如图所示光滑水平面上静置一长木板长木板上表面的部分长木板的质量为小物体的质量为求小物体滑到点时二者的速度大小部分与小物体间的动摩擦因数多选分湖南长望浏宁四县调研下说法正确的是根据玻尔理论氢原子在辐射光子的同时轨道也在连续地减小放射性物质的温度升高则半衰次衰变和一次衰变核内质子数减少个根据玻尔理论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增大电势能减小分如图所示一个质量为的运动员和质量为的木箱静止在光滑水平面上从某时刻