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動量守恒定律及原子結構綜合檢測卷 一、選擇題(每小題4分，共40分) 1．在以下幾種運動中，相等的時間內(nèi)物體的動量變化相等的是(　　) A．勻速圓周運動 B．自由落體運動 C．平拋運動 D．單擺的擺球沿圓弧擺動 　解析　BC　由Δp＝Ft可知，時間t相等，若想動量變化相等，則在時間t內(nèi)物體所受力F需大小相等，方向不變，由此可知，只有選項B、C符合題意． 2．如圖所示，物體A靜止在光滑的水平面上，A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與A質(zhì)量相等的物體B以速度v向A運動并與彈簧發(fā)生碰撞，A、B始終沿同一直線運動，則A、B組成的系統(tǒng)動能損失最大的時刻是(　　) A．A開始運動時 B．A的速度等于v時 C．B的速度等于零時 D．A和B的速度相等時 　解析　D　物體A與物體B發(fā)生彈性碰撞，當彈簧壓縮最短時，彈簧儲存的彈性勢能最大，此時系統(tǒng)動能損失最大，但系統(tǒng)整體的機械能保持不變(動能＋彈性勢能)．彈簧最短時，兩者速度相同． 3．在下列四個方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子： ①U＋n→Sr＋Xe＋3X1； ②H＋X2→He＋n； ③U→Th＋X3； ④Mg＋He→Al＋X4. 以下判斷中正確的是(　　) A．X1是中子 B．X2是質(zhì)子 C．X3是α粒子 D．X4是氘核 　解析　AC　由核反應過程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X1為n，X2為H，X3為He，X4為H，故A、C正確． 4．關于原子結構和原子核，下列說法中正確的是(　　) A．利用α粒子散射實驗可以估算原子核的半徑 B．利用α粒子散射實驗可以估算核外電子的運動半徑 C．原子的核式結構模型很好地解釋了氫原子光譜的實驗 D．處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后，核外電子運動的動能將增大 　解析　AD　因為α粒子散射實驗中只有少數(shù)碰到原子核的α粒子軌跡發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，所以利用α粒子散射實驗可以估算原子核的半徑但不能估算核外電子的運動半徑，選項A正確，選項B錯誤；氫原子光譜的實驗說明氫原子發(fā)出的光子的波長是不連續(xù)的，原子的核式結構模型無法解釋原子光譜的分立特征，選項C錯誤；處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后，核外電子運動的動能將增大，選項D正確． 5.如圖所示，A、B兩物體的質(zhì)量之比mA∶mB＝3∶2，原來靜止在平板小車C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間的動摩擦因數(shù)相同，平板車與地面間的摩擦不計，當突然釋放彈簧后，則(　　) A．A、B組成的系統(tǒng)動量守恒 B．A、B、C組成的系統(tǒng)動量守恒 C．小車將向左運動 D．小車將向右運動 　解析　BC　A、B兩物體的質(zhì)量不一樣，因此它們受的摩擦力不相等，所以A、B兩物體受的合力向右，兩者動量不守恒；A、B、C三個物體組成的系統(tǒng)總動量守恒． 6．聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈．貧鈾是從金屬中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈的貫穿力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且殘留物可長期危害環(huán)境．下列關于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是(　　) ①由于爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害 ②爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害 ③鈾238的衰變速率很快 ④鈾238的半衰期很長 A．①② B．③ C．①④ D．②④ 　解析　C　貧鈾彈主要成分為鈾238，是放射性元素，且半衰期長，①④對，故選C. 7．下列說法正確的是(　　) A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應 B．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，表明原子具有核式結構 C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為該束光波長太短 D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子總能量增大 　解析　D　綜合考查原子物理和光學知識．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應(聚變反應)，不是核裂變反應，選項A錯；湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，表明電子是原子的組成部分，不能表明原子具有核式結構，選項B錯；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象，是因為該束光的頻率太低(低于極限頻率)，選項C錯；根據(jù)玻爾理論，選項D正確． 8．一個質(zhì)量為0.3 kg的彈性小球，在光滑水平面上以6 m/s的速度垂直撞到墻上，碰撞后小球沿相反方向運動，反彈后的速度大小與碰撞前相同．則碰撞前后小球動量變化量的大小Δp和碰撞過程中墻對小球做功的大小W為(　　) A．Δp＝0 B．Δp＝3.6 kgm/s C．W＝0 D．W＝10.8 J 　解析　BC　Δp＝0.3[6－(－6)] kgm/s＝3.6 kgm/s.由于前后速度大小不變，則W＝0，故B、C正確． 9．如圖所示，光滑水平面上有大小相同的A、B兩球在同一直線上運動．兩球質(zhì)量關系為mB＝2mA，規(guī)定向右為正方向，A、B兩球的動量均為6 kgm/s，運動中兩球發(fā)生碰撞，碰撞后A球的動量增量為－4 kgm/s，則(　　) A．左方是A球，碰撞后A、B兩球速度大小之比為2∶5 B．左方是A球，碰撞后A、B兩球速度大小之比為1∶10 C．右方是A球，碰撞后A、B兩球速度大小之比為2∶5 D．右方是A球，碰撞后A、B兩球速度大小之比為1∶10 　解析　A　由兩球的動量都是6 kgm/s可知，運動方向都向右，且能夠相碰，說明左方是質(zhì)量小速度大的小球，故左方是A球．碰后A球的動量減少了4 kgm/s，即A球的動量為2 kgm/s，由動量守恒定律得B球的動量為10 kgm/s，故可得其速度比為2∶5，故選項A是正確的． 10．已知氫原子的基態(tài)能量為E，激發(fā)態(tài)能量En＝E1/n2，其中n＝2,3….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(　　) A．－ B．－ C．－ D．－ 　解析　C　根據(jù)激發(fā)態(tài)能量公式En＝可知氫原子第一激發(fā)態(tài)的能量為，設能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的最大波長(設波長為λm)的光子能量為ΔE，則有＋ΔE＝0，且ΔE＝h，聯(lián)立解得λm＝－，所以本題正確選項只有C. 二、非選擇題(共60分) 11．(8分)如圖所示的實驗電路，當用黃光照射光電管中的堿金屬涂層時，毫安表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)．若將電路中的滑動變阻器的滑片P向右移動到某一位置時，毫安表的讀數(shù)恰好減小到零，此時電壓表讀數(shù)為U.若此時增加黃光照射的強度，則毫安表________(選填“有”或“無”)示數(shù)．若改用藍光照射光電管中的金屬涂層，則毫安表________(選填“有”或“無”)示數(shù)． 　解析　光電效應的原理是當有頻率足夠大的光照射到金屬表面時，將會使金屬中的電子獲得足夠能量而從表面逸出，逸出的電子向另一極板定向移動而形成電流． 【答案】　無　有 12．(8分)某同學設計了一個用打點計時器做“探究碰撞中的守恒量”的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動．他設計的具體裝置如圖(a)所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50 Hz，長木板右端下面墊放小木片用以平衡摩擦力． (1)若已測得打點紙帶如圖(b)所示，并測得各計數(shù)點間距(已標在圖上)，A為運動的起點，則應選________段來計算A碰前速度，應選________段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)． (2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0.40 kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20 kg，由以上測量結果可得：碰前mAv0＝________kgm/s；碰后(mA＋mB)v共＝________kgm/s. 　解析　(1)選擇的時間段內(nèi)應是小車勻速運動過程，點間距離應均勻，且碰前速度要大，距離也應大，碰后速度應小，距離也應小些，故答案為BC、DE. (2)v0＝＝1.050 m/s，v共＝＝0.695 m/s 故mAv0＝0.420 kgm/s，(mA＋mB)v共＝0.417 kgm/s. 【答案】　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417 13．(10分)一靜止的質(zhì)量為m1的原子核發(fā)生一次α衰變．已知衰變后的α粒子的質(zhì)量為m2、電荷量為q、速度為v，并假設衰變過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能．求衰變后新核反沖的速度大??；衰變過程中的質(zhì)量虧損(注：涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可忽略不計)． 　解析　設新核反沖的速度大小為v′，由動量守恒定律有 m2v＝(m1－m2)v′. 解得v′＝v. 釋放的核能為ΔE＝m2v2＋(m1－m2)v′2， 又ΔE＝Δmc2， 解得Δm＝. 【答案】　v　 14．(10分)已知氫原子基態(tài)電子軌道半徑為r0＝0.52810－10 m，量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的能量En＝ eV.求： (1)電子在基態(tài)軌道上運動的動能； (2)有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫一能級圖，在圖上用箭頭標明這些氫原子所能發(fā)出光的光譜線有哪幾條？ (3)計算這幾條光譜線中波長最短的一條光譜線的波長．(k＝9.0109 Nm2/C2，e＝1.6010－19 C，h＝6.6310－34 Js) 　解析　(1)庫侖力提供向心力，則有＝m，則mv2＝，代入數(shù)據(jù)得電子在基態(tài)軌道上運動的動能為13.6 eV. (2)能級圖如圖所示，可得三條光譜線． (3)波長最短的光頻率最高、能量最大，對應處于n＝3的激發(fā)態(tài)的氫原子向n＝1能級躍遷所發(fā)出光的光譜線．將能量單位“eV”換算成國際單位“J”后得： λ＝＝1.0310－7 m. 【答案】　(1)13.6 eV　(2)如圖所示　(3)1.0310－7 m 15．(12分)科學家估算四川汶川特大地震釋放的能量相當于200萬個在廣島投擲的原子彈的能量，根據(jù)下列數(shù)據(jù)估算這次地震釋放的能量： (1)廣島原子彈釋放的核能可用下面的典型裂變反應方程式表示； U　 ＋ 　n　→　Xe?。r　＋　3n 235．043 9　1.008 7　138.917 8　93.915 4　31.008 7 反應方程下方的數(shù)字是中子及有關原子的靜止質(zhì)量(以原子量u為單位)．已知1 u的質(zhì)量對應的能量為930 MeV，此裂變反應釋放出的能量是多少？ (2)廣島原子彈內(nèi)含純鈾235共1 kg，該原子彈爆炸釋放的能量為多少？由此估算汶川地震釋放能量約是多少？ 　解析　(1)此裂變反應中的質(zhì)量虧損 Δm＝(235.043 9＋1.008 7) u－(138.917 8＋93.915 4＋31.008 7) u＝0.193 3 u， 釋放出的能量是 E1＝0.193 3930 MeV＝179.8 MeV. (2)廣島原子彈內(nèi)含純鈾235共1 kg，含有U原子核的個數(shù)N＝NA＝2.561024. 1個廣島原子彈爆炸釋放的能量 E2＝2.561024179.8 MeV＝4.601026 MeV. 汶川地震釋放能量約 E＝200104E2＝1.471020 J. 【答案】　(1)179.8 MeV　(2)4.601026 MeV　1.471020 J 16．(12分)如圖所示，光滑水平面上有一輛質(zhì)量為M＝1 kg的小車，小車的上表面有一個質(zhì)量為m＝0.9 kg的滑塊，在滑塊與小車的擋板間用輕彈簧相連接，滑塊與小車上表面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2，整個系統(tǒng)一起以v1＝10 m/s的速度向右做勻速直線運動，此時彈簧長度恰好為原長．現(xiàn)用一質(zhì)量為m0＝0.1 kg 的子彈，以v0＝50 m/s的速度向左射入滑塊且不穿出，所用時間極短，當彈簧壓縮到最短時，彈簧被鎖定，測得此時彈簧的壓縮量為d＝0.50 m，取g＝10 m/s2.求： (1)子彈射入滑塊后的瞬間，子彈與滑塊共同速度的大小和方向． (2)彈簧壓縮到最短時，小車的速度和彈簧的彈性勢能的大小． 　解析　(1)設子彈射入滑塊后的共同速度大小為v2，向右為正方向，對子彈與滑塊組成的系統(tǒng)由動量守恒定律得mv1－m0v0＝(m＋m0)v2， v2＝4 m/s，方向水平向右． (2)設子彈、滑塊與小車三者的共同速度為v3，當三者達到共同速度時彈簧壓縮量最大，彈性勢能最大．由動量守恒定律得Mv1＋(m＋m0)v2＝(M＋m＋m0)v3. 得v3＝7 m/s，方向水平向右． 設最大彈性勢能為Epmax，對三個物體組成的系統(tǒng)應用能量守恒定律得 Mv＋(m＋m0)v＝Epmax＋(M＋m＋m0)v＋μ(m＋m0)gd. 得Epmax＝8 J. 【答案】　(1)4 m/s　方向水平向右　(2)7 m/s，方向水平向右　8 J - 6 -