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第14讲
动量守恒定律 原子结构和原子核
1.(2015·浙江高考信息优化卷四)
(1)原子核的比结合能与核子数的关系如图6-14-11所示.核子组合成原子核时( )
图6-14-11
A.小质量数的原子核质量亏损最大
B.中等质量数的原子核质量亏损最大
C.大质量数的原子核质量亏损最大
D.不同质量数的原子核质量亏损相同
(2)在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速,中子以一定速度与静止碳核发生正碰,碰后中子反向弹回,则碰后碳核的运动方向与此时中子运动的方向________(填“相反”或“相同”),碳核的动量________(填“大于”“等于”或“小于”)碰后中子的动量.
(3)氢原子的能级如图6-14-12所示.原子从能级n=3向n=1跃迁所放出的光子,正好使某种金属材料产生光电效应.有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属.求该金属的截止频率和产生光电子最大初动能的最大值.普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果保留两位有效数字.
图6-14-12
解析 (2)根据动量守恒定律有mnvn=-mnvn′+mCvC可以判断碳核运动方向与后来中子运动方向相反,碳核动量大于碰后中子的动量.
(3)E3-E1=hν
解得ν=2.9×1015 Hz
n=4向n=1跃迁所放出的光子照射金属产生光电子最大初动能最大,根据爱因斯坦光电效应方程
Ek=(E4-E1)-(E3-E1)
得Ek=0.66 eV
答案 (1)B (2)相反 大于
(3)2.9×1015 Hz 0.66 eV
2.(1)(多选)下列说法中正确的是( )
A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B.目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
C.一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,能辐射3种不同频率的光子
D.卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
(2)在某次军事演习中,载有鱼雷的快艇总质量为M,以速度v匀速前进,现沿快艇前进的反方向发射一颗质量为m的鱼雷后,快艇速度增为原来的倍,若不计水的阻力,求鱼雷相对静水的发射速度为多大.
解析 (1)β衰变现象不能说明电子是原子核的组成部分,A选项是错误的;目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变,故B选项正确;一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,能辐射C=3种不同频率的光子,而一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,只能是三种可能频率中的一种或两种,故C选项错误;卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型,D选项正确.
(2)取快艇初速度的方向为正方向,由动量守恒定律有
Mv=(M-m)v-mv′
解得v′=
答案 (1)BD (2)
3.(2015·浙江高考信息优化卷五)
(1)下列说法中正确的是( )
A.阴极射线来源于原子核
B.普朗克为了解释光电效应的规律,提出了光子说
C.在α粒子散射实验的基础上,卢瑟福提出了原子的核式结构模型
D.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短
(2)核航母是以核反应堆为动力装置的航空母舰,能提供几乎无限制的航行能力.核方程U+n―→Ba+Kr+yX是核反应中的一种,其中X为待求粒子,y为X的个数,则X是________(填“质子”“中子”或“电子”),y=________(填数字).
(3)如图6-14-13所示,物体A静止在光滑水平面上,其左端固定轻质弹簧,物体B以速度v0=4.0 m/s沿水平方向向物体A运动,并通过弹簧与物体A发生相互作用.设A、B两物体的质量均为m=2 kg,求物体A速度为1 m/s时弹簧的弹性势能.
图6-14-13
解析 (1)阴极射线是自由电子,并非来源于原子核,A错;爱因斯坦提出了光子说,B项错;一束光照到某种金属上不能发生光电效应是由于频率太小,即波长太长,D项错;卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型,C项对.
(2)根据质量数和电荷数守恒可判断X是中子,y=3.
(3)根据动量守恒定律mv0=mv1+mv2
解得v2=3 m/s
弹簧弹性势能EP=mv-mv-mv
解得EP=6 J
答案 (1)C (2)中子 3 (3)6 J
4.(2015·浙江高考信息优化卷十四)
(1)(多选)放射性同位素电池是一种新型电池,它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用,射线的动能被吸收后转变为热能,再通过换能器转化为电能的一种装置.其构造大致是:最外层是由合金制成的保护层,次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层,第三层是把热能转化成电能的换能器,最里层是放射性同位素.电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表:
同位素 90Sr 210Po 238Pu 射线 β α α 半衰期 28年 1
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