物理选修3
的正电变小,所以验电器指针偏角将减小,故A错误,B正确;C.入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数
目,所以锌板所带的正电变多,验电器的指针偏角将增大,故C正确;D.发生光电效应的条件是入射光的频率大
于极限频率,红外线照射不一定发生光电效应,所以指针不一定偏转,故D错误.故选BC.
6.CD 【解析】 β射线的实质是电子流,γ射线的实质是电磁波,γ射线的穿透本领比较强,故A错误;半衰
期对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故B错误;因为β衰变的质量数不变,所以α衰变的次数n=
238-206 , 16-10=8 在α衰变的过程中电荷数总共少16,则β衰变的次数 m= =6,故C正确;β衰变时,原子核4 1
中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故D正确.故选CD.
7.AD 【解析】 处于n=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时,能发出C23=3(种)频率的光子,故A正确;β
衰变中产生的β射线实际上是原子核中的一个中子转化为质子同时生成一个电子,故B错误;14 4 177N+2He → 8O
+X核反应中,X是质子,但这个反应过程不叫α衰变,只有是氦原子核,才是α衰变,故C错误;原子核所含核子
单独存在时的总质量大于该原子核的质量,因为核子结合成原子核时要释放能量,由质能方程知质量减小,故D
正确.
8.AD 【解析】 本题考查了原子物理的基础知识.题目中有原子物理的两个核反应方程,根据质量数和电
荷数守恒规律,由第二个核反应方程得到X为中子(10n),选项A正确;再由第一个方程得到Y质子数为3,质量数
为6,则中子数=质量数-质子数=3,选项B错误;两个核反应都产生了能量,根据爱因斯坦质能方程可知一定
有质量亏损,选项C错误;氘和氚的核反应是核聚变反应,选项D正确.
9.CD 【解析】 A.由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大,根据eUc=hν-W0,b光的频率大,故A
错误;B.当加遏止电压时,电压增加,光电流减小,故B错误;C.由于a 光的饱和电流大,故照射该光电管时a 光
单位时间发生的光电子数多,故C正确;D.由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大,根据eUc=Ekm,照射
该光电管时,b光使其逸出的光电子最大初动能大,故D正确.
10.B 【解析】 核反应方程为41 4 01H →2He+21e,即X表示正电子,这个核反应中质量亏损Δm=4m1-
m2-2m3,这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2,选项B正确.
11.(1)阳极 (2)5.15×1014 (3)5.6355×10-19
【解析】 (1)电子从金属板上射出后被电场加速,由此可知A板为正极,即为阳极;
(2)(3)由Ekm=hν-W0 和eUc=Ekm得:eUc=hν-W0,因此当遏制电压为零时,hνc=W0,
根据图像可知,铷的截止频率ν =5.15×1014c Hz,
根据hν =W ,可求出该金属的逸出功大小W =6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19c 0 0 J.
如果实验中入射光的频率ν=6.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能为:
E =6.63×10-34×6.00×1014-6.63×10-34×5.15×1014=5.6355×10-19k J.
3E 5
12.该金属的极限频率为
1
- ,光子的最大初动能为4h -36E1.
【解析】 由WA=hνc,得:
1 3
hνc=W0= E1-E1=- E1,4 4
所以: 3Eν 1c=- ;4h
氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁辐射出的光子能量最大,此时从金属表面逸出的光电子的最大初动能
1 8
为Ekm,则有:hν=9E1-E1=-9E1
,
8 5
由Ekm=hν-WA,得:Ekm=hν-W0=-9E1-
3
è-4E
÷
1 =-36E1.
综合练习一
1.AB 【解析】 选项A为康普顿效应,选项B为光电效应,康普顿效应和光电效应都深入揭示了光的粒子
性;选项C为α粒子散射实验,未涉及光子,揭示了原子的核式结构;选项D为光的折射,揭示了氢原子能级的不
连续.
83
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2.ABD 【解析】 利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线贯穿能力强的特点,因此C选项
不属于示踪原子的应用,ABD都是作为示踪原子,故ABD正确.
3.AD 【解析】 核外电子对粒子几乎没有什么阻挡作用,故无法估算核外电子的运动半径,选项B错误;玻
尔的氢原子模型很好地解释了氢原子光谱的实验,选项C错误.
4.D 【解析】 氢原子只吸收能量等于能级差的光子.
c
5.A 【解析】 由题意知E3-E1=h ,λ ①1
c
E3-E2=h ,λ ②2
c
E2-E1=h ,λ ③
λ
λ 1
λ2
由①②③式解得 = ,故A选项正确λ -λ .2 1
6.AD 【解析】 钍核衰变的核反应方程式为23490Th →234 091Pa+-1e,选项B错误;氢原子辐射出一个光子后能
kQq
量减小,核外电子轨道半径减小,由a= 2,核外电子运动的加速度增大,选项C错误;故只有选项 正确mr AD .
7.C
8.B 【解析】 设该同学在t时间内从船尾走到船头,由动量守恒定律知,人、船在该时间内的平均动量大小
s人 d m(L-d)
相等,即m t=M
,又s人=L-d,得t M= d .
9.A 【解析】 根据动量守恒定律知,两滑块脱离弹簧后动量大小相等,B项错误;由mAvA=mBvB,得vA∶
p2 m 1
vB=mB∶mA=1∶2,C项错误;由Ek= 得2m EkA∶E
B
kB= = ,A项正确;由m W=ΔEk
知 WA∶WB=EkA∶
A 2
EkB=1∶2,D项错误.
p2 1
10.C 【解析】 由于动量守恒,反冲核和α粒子的动量大小相等,由Ek= ,它们的动能之比为2m∝m 4∶
, 222218 因此衰变释放的总能量是 ·
222 E
Eα,
α
由质能方程得质量亏损是 ·
218 218 c2 .
11.(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型 玻尔把量子理论引入原子模型,并成功解释了氢光谱规律 查
德威克发现了中子
(2)2为γ射线,利用γ射线的贯穿本领,工业用来探伤
【解析】 (1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型(或其他成就).
玻尔把量子理论引入原子模型,并成功解释了氢光谱规律(或其他成就).
查德威克发现了中子(或其他成就).
(2)1为α射线;利用α射线的电离作用消除有害静电.
或:2为γ射线;利用γ射线很强的贯穿本领,工业用来探伤.
或:3为β射线;利用β射线自动控制铝板厚度.
12.(1)正
(2)阴极K发射电子,电路中产生电流,经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M 磁化,将衔铁N 吸住.无光
照射光电管时,电路中无电流,N 自动离开M
(3)B
13.(1)D F
(2)m1 LE =m1 LD +m2 LF
(3)m1LE=m1LD+m2LF
【解析】 (1)因为小球m1 和m2 发生碰撞后,小球m2 的速度增大,小球m1 的速度减小,两球都做平抛运动,
由平抛运动规律不难判断出碰撞后m1 球的落地点是D 点,m2 球的落地点是F 点;
(2)碰撞前,小球m1 落在图中的E 点,令水平初速度为v1,小球 m1 和 m2 发生碰撞后,m1 的落点在图中的
84
物理选修3
D 点,令水平初速度为v1',m2 的落点是图中的F 点,令水平初速度为v2.设斜面BC 与水平面的倾角为α,由平抛
gt2
运动规律知:LDsinα= ,2 LDcosα=v1't
,
gLDcos2α
整理得:v1'= ,2sinα
: gLEcos
2α, gLFcos
2α
同理可解得 v1= ,2sinα v2= 2sinα
只要满足关系式:m1v1=m1v1'+m2v2,即
m1 LE =m1 LD +m2 LF ,
则说明碰撞中动量守恒;
(3)
1
若两小球 的 碰 撞 是 弹 性 碰 撞,则 碰 撞 前 后 机 械 能 没 有 损 失.只 要 满 足 关 系 式: mv2
1
2 1 1=2mv'
2
1 1+
1
mv22 2,即2 m1LE=m1LD+m2LF.
14.(1)6种 (2)2.55eV (3)铯;0.65eV
【解析】 (1)可发射6种频率的光子;
(2)由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为E=E4-E2,代入数据得E=2.55eV;
(3)E 只大于铯的逸出功,故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应.根据爱因斯坦的光电效应方程可
得光电子的最大初动能为Ekm=E-W0,
代入数据得,Ekm=0.65eV(或1.0×10-19J).
15.(1)由于惯性
(2)4m/s
(3)250J 400J 男孩下车时用力向前推自行车,对系统做了正功,使系统的动能增加了150J
【解析】 (1)如果直接跳下来,人具有和自行车相同的速度,脚着地后,脚的速度为零,由于惯性,上身继续向
前倾斜,因此他可能会摔跤.所以他下来时用力往前推自行车,这样他下车时可能不摔跤;
(2)男孩下车前后,对整体由动量守恒定律有:
(m1+m2+m3)v0=(m1+m2)v,
得v=4m/s(m1 表示女孩质量,m2 表示自行车质量,m3 表示男孩质量);
(3)男孩下车前系统的动能
1 1
Ek= (2 m1+m2+m
)v23 0= (2 40+10+30
)×(2.5)2J=250J,
男孩下车后系统的动能
1 1
Ek= (2 m +m
)v2= (40+10)×421 2 2 J=400J
,
男孩下车时用力向前推自行车,对系统做了正功,使系统的动能增加了150J.
16.(1)23592U+1 900n →38Sr+136 154Xe+100n
(2)一个铀核裂变放出的能量为140.3MeV.
(3)一年将消耗45.7t铀矿石.
【解析】 (2)裂变过程的质量亏损Δm=mU+mn-mSr-mXe-10mn=0.1507u,
释放的能量
ΔE=Δmc2=0.1507×931MeV≈140.3MeV;
(3)核电站一年的发电量E=Pt=2×125×107×365×24×60×60J=7.884×1016J,
m·3% , EM 7.884×10
16×235
由E=NΔE= M NAΔE
得 m=3%·N ΔE=3%×6.02×1023×140.3×106A ×1.6×10-19g
≈4.57×
107g=45.7t.
17.(1)C 核的速度大小为3×106m/s.
85
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(2)C 核是氦原子核.
(3)147N+10n →11 45B+2He
【解析】 氮核吸收了一个中子变成复核不稳定,发生衰变,整个过程中,中子、氮核以及两个新核组成的系
统,在反应过程前后都不受外界的干扰,所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒,利用这一点,可求出C 核
的速度,然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类,写出核反应方程.氮核俘获中子到衰变成
B,C 两个新核的过程中动量守恒
mnvn=mBvB+mCvC, ①
根据衰变规律,可知C 核的质量数为14+1-11=4,
由此解得v =3×106C m/s,
mv
再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R= 可得:Bq
qB mBv 6BRC 11×10×30 5,
q =C mCvR
=
C B 4×3×106×11
=2 ②
qB+qC=7, ③
将②③联立可得,qC=2,而mC=4,则C 核是氦原子核,核反应方程式是147N+1n →110 5B+42He.
综合练习二
1.CD 【解析】 由爱因斯坦光电效应方程知,只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子,光电流
几乎是瞬时产生的,其大小与光强度有关,与光照时间长短无关,易知eUc=Ek=hν-W0(其中Uc 为遏止电压,
Ek 为光电子的最大初动能,W0 为逸出功,ν为入射光的频率).由以上分析知,AB错误,CD正确.
2.AB 【解析】 图(甲)为黑体辐射的实验规律,为了解释这一实验规律,普朗克提出能量子概念,选项A正
确;图(乙)为氢原子的能级图,氢原子处于不同能级间跃迁时辐射或吸收一定频率的光子,选项B正确;图(丙)是
α粒子散射实验结果,证明了原子的核式结构,选项C不正确;图(丁)是电子束通过铝箔后的衍射图样,说明了电
子的波动性,选项D不正确.
3.A 【解析】 判断动量是否守恒的方法有两种:第一种,从动量守恒的条件判定,动量守恒定律成立的条
件是系统受到的合外力为零,故分析系统受到的外力是关键.第二种,从动量的定义判定.B选项叙述的系统,初动
量为零,末动量不为零.C选项末动量为零而初动量不为零.D选项,在物体沿斜面下滑时,向下的动量增大.故只有
选项A所选系统动量守恒.
E
4.C 【解析】 由r 2n=nr
1
1 可知A错.氢原子在n 能级的能量En 与基态能量E1 的关系为En= ,因为能n2
e2 mv2n
量E1 为负值,所以n 越大,则En 越大,所以C正确.核外电子绕核运动所需的向心力由库仑力提供,kr2=
,
n rn
可知rn 越大,速度越小,则B错.由E=Ek+Ep 可知D错.
5.D 【解析】
hc hc λ
由跃迁公式得ΔE1= ,ΔE2= ,联立可得λ λ ΔE
1
2= , 对λΔE1=0.36eV D .1 2 2
6.B 【解析】 由动量定理可知,白光垂直照射到白纸片上,反射能力较好,白光垂直照射到黑纸片上时,吸
收性较好,白纸片受到的冲力约为黑纸片受到的冲力的两倍,故俯视看到装置开始时沿逆时针方向转动.
7.BD 【解析】 核燃料在衰变过程中要释放巨大能量,所以总是要利用比结合能小的核,才能更容易实现,
BD正确;核反应中γ光子的能量是结合能中的一小部分,A错;C项说明23592U的结合能小,更稳定,C错.
8.BC 【解析】 20983Bi的中子数为209-83=126,23793Np的中子数为237-93=144,20983Bi的原子核比23793Np的
237-209
原子核少18个中子,A错,B对;衰变过程中共发生了α衰变的次数为 =7(次),4 β
衰变的次数是2×7-
(93-83)=4(次),C对,D错.
9.D 【解析】 根据摆动过程中机械能守恒和两次击中沙袋摆动的角度相等可知,两次击中沙袋后的速度
相同,设为v,用 M 表示沙袋的质量,m 表示弹丸的质量,由动量守恒定律得:
第一次:mv1=(M+m)v,
第二次:mv2-(M+m)v=(M+2m)v,
86小题狂刷 高考专题特训
综合练习一
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分)
1.(多选)下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有 ( )
2.(多选)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是 ( )
A.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况
B.把含有放射性元素的肥料施给农作物,利用探测器的测量,找出合理的施肥规律
C.利用γ射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D.给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131,诊断甲状腺的器质性和功能性疾病
3.(多选)关于原子结构和原子核,下列说法中正确的是 ( )
A.利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径
B.利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径
C.原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验
D.处于激发态的氢原子放出光子后,核外电子运动的动能将增大
4.核磁共振成像(缩写为 MRI)是一种人体不接触放射线,对人体无损害,可进行人体多部位检查的医疗影像
技术.基本原理是:外来电磁波满足一定条件时,可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能
量,去掉外来电磁波后,吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来,形成核磁共振信号.由于
人体内各种组织所含氢原子数量不同,或同种组织正常与病变时所含氢原子数量不同,释放的能量亦不同,将这
种能量信号通过计算机转换成图像,就可以用来诊断疾病.
关于人体内氢原子吸收的电磁波能量,正确的是 ( )
A.任何频率的电磁波氢原子均可吸收
B.频率足够高的电磁波氢原子才吸收
C.能量大于13.6eV的光子才能被氢原子吸收
D.氢原子只能吸收某些频率的电磁波
5.红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体,利用其中的铬离子产生激光.铬离子的能
级图如图所示,E1 是基态,E2 是亚稳态,E3 是激发态,若以脉冲氙灯发出的波长为λ1 的绿光照射晶体,处于基态
的铬离子受到激发而跃迁到E3,然后自发地跃迁到E2,释放波长为λ2 的光子,处于亚稳态E2 的离子跃迁到基态
时辐射出的光就是激光,这种激光的波长为 ( )
46
物理选修3
λ1λ2 λ1λ2
A.λ2-λ
B.
1 λ1-λ2
λ1-λ2 λ2-λ1
C.λ1λ
D.
2 λ1λ2
6.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小
B.钍核23490Th衰变成镤核23491Pa,放出一个中子,并伴随着放出γ光子
C.根据玻尔理论,氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子运动的加速度减小
D.比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠,原子核越稳定
7.2011年,日本发生9级地震,福岛第一核电站严重受损,大量放射性铯137 13155Cs和碘 53I进入大气和海水,造成
对空气和海水的放射性污染.下列说法正确的是 ( )
A.核反应堆中的核废料不再具有放射性,对环境不会造成影响
B.铀核裂变的一种可能核反应是235 13792U → 55Cs+96Rb+2137 0n
C.放射性碘13153I发生β衰变的核反应方程为131I →131 053 54Xe+-1e
D.23592U裂变形式有多种,每种裂变产物不同,质量亏损不同,但释放的核能相同
8.如图所示,有一条捕鱼小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(估计重一吨左右).一位同学想用一个卷尺粗
略测定它的质量.他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻
下船.用卷尺测出船后退的距离d,然后用卷尺测出船长L.已知他的自身质量为m,渔船的质量为 ( )
m(L+d) m(L-d)
A. d B. d
mL m(L+d)
C.d D. L
9.如图所示,在光滑水平面上,有质量分别为2m 和m 的A,B 两滑块,它们中间夹着一根处于压缩状态的轻
质弹簧(弹簧与A,B 不拴连),由于被一根细绳拉着而处于静止状态.当剪断细绳,在两滑块脱离弹簧之后,下述
说法正确的是 ( )
A.两滑块的动能之比EkA∶EkB=1∶2
B.两滑块的动量大小之比pA∶pB=2∶1
C.两滑块的速度大小之比vA∶vB=2∶1
D.弹簧对两滑块做功之比WA∶WB=1∶1
10.静止的氡核22286Rn放出α粒子后变为钋核21884Po,α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α
粒子的动能.真空中的光速为c,则该反应中的质量亏损为 ( )
4 ·EαA.218 c2 B.0
222·Eα 218·EαC.218 c2 D.222 c2
47
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二、填空题(共3小题,共18分)
11.(6分)人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.请按要求回答下列问题.
(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献.请选择其中的两
位,指出他们的主要成绩.
① ;
② .
(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后,人们对放射线的性质进行了深入研究,如图为三种射线在同一磁场中
的运动轨迹,请从三种射线中任选一种,写出它的名称和一种用途.
12.(6分)如图所示,这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图,它由电源、光电管、
放电器、电磁继电器等几部分组成.
(1)示意图中,a端应是电源 极;
(2)光控继电器的原理是:当光照射光电管时,
.
(3)当用绿光照射光电管阴极K时,可以发生光电效应,则下列 说法正确.
A.增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大
B.增大绿光照射强度,电路中光电流增大
13.(6分)为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞,某同学选取了两个体积相
同、质量不相等的小球,按下述步骤做了如下实验:
①用天平测出两个小球的质量(分别为m1 和m2,且m1>m2);
②如图所示,安装好实验装置.将斜槽AB 固定在桌边,使槽的末端点的切线水平,将一斜面BC 连接在斜槽
末端;
③先不放小球m2,让小球m1 从斜槽顶端A 处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置;
④将小球m2 放在斜槽前端边缘处,让小球m1 从斜槽顶端A 处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,分别记下
小球m1 和m2 在斜面上的落点位置;
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B 的距离.图中D,E,F 点是该同学记下小球在斜面上的
落点位置,到B 点的距离分别为LD,LE,LF.
48
物理选修3
根据该同学的实验,回答下列问题:
(1)小球m1 和m2 发生碰撞后,m1 的落点在图中的 点,m2 的落点是图中的 点;
(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式 ,则说明碰撞中动量守恒;
(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式 ,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞.
三、计算题(共4小题,共42分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,
有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(9分)一群氢原子处于量子数n=4的能级状态,氢原子的能级图如图所示,则:
(1)氢原子可能发射几种频率的光子
(2)氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏
(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属,哪些金属能发生光电效应 发生光电效应时,发射光电子的最大初
动能是多大
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功W/eV 1.9 2.7 3.7 4.1
15.(10分)40kg的女孩骑自行车带30kg的男孩(如图所示),行驶速度2.5m/s.自行车行驶时,男孩要从车
上下来.
(1)他知道如果直接跳下来,他可能会摔跤,为什么
(2)男孩安全下车,计算男孩安全下车的瞬间,女孩和自行车的速度;
(3)计算自行车和两个孩子,在男孩下车前后整个系统的动能的值.如有不同,请解释.
49
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16.(11分)2009年12月28日,山东海阳核电站一期工程举行开工仪式.工程规划建设两台125万千瓦的
AP1000三代核电机组.如果铀235在中子的轰击下裂变为90Sr和13638 54Xe,质量mU=235.0439u,mn=1.0087u,mSr
=89.9077u,mXe=135.9072u.
(1)写出裂变方程;
(2)求出一个铀核裂变放出的能量;
(3)若铀矿石的浓度为3%,一期工程建成后,一年将消耗多少吨铀矿石
17.(12分)一个静止的氮核147N俘获了一个速度为2.3×107m/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 的速度方向与中子方向相同,B 的质量是中子的11倍,速度是106m/s,B,C 在同一磁场中做
圆周运动的半径之比RB∶RC=11∶30,求:
(1)C 核的速度大小;
(2)根据计算判断C 核是什么
(3)写出核反应方程.
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