训练17 碰撞与动量守恒 近代物理初步
1.
天津卷(8分)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认
知，推动物理学的发展．下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
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B．查德威克用α粒子轰击14 7N获得反冲核 8O，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
解析：本题考查物理学史及其相关的知识点，意在考查学生对近代物理史实的识记能力．
赫兹通过一系列实验，得到了电磁波，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正
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确．查德威克用α粒子轰击4Be，获得反冲核 6C，发现了中子，选项B错误．贝克勒尔发
现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，选项C正确．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构模型，选项D错误．
解答此题的易错点主要有两处：一是查德威克发现中子的核反应方程；二是卢瑟福提出了原子核式结构模型的实验依据．这就警示我们，对一些物理学史上的重大事件，一定要准确了解，不能似是而非．
答案：AC
2．(16分)(1)下列有关原子结构和原子核的认识，正确的是( ) A．γ射线是高速运动的电子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大 C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D. 21083Bi的半衰期是5天，100克 21083Bi经过10天后还剩下50克
(2)(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是( )
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应 B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV
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D．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氧原子跃迁到激发态 E．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
解析：(1)γ射线是光子，A错；氢原子辐射光子后能量变小，绕核运动的V半径变小，
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动能增大，B对；太阳辐射能量来自于太阳中轻核聚变，C错；100克 83Bi经过10天还
剩25克，D错．
(2)氢原子从高能级向低能级跃迁时能量将以光子的形式辐射出来，而氢原子从高能级跃迁到基态辐射光子能量的最小值为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，远大于锌的逸出功，所以锌板一定可以发生光电效应，A错误；一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子数目为C3＝3，B正确；一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时辐射光子的最大能量为—1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，克服逸出功后剩余的动能即为最大初动能，为12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正确；当氢原子吸收的光子能量刚好等于能级差时，氢原子会跃迁到对应的高能级上去，由于没有任何一个高能级与基态的能级差等于10.3 eV，而且又不足以跃迁到无穷远发生电离，所以用能量为10.3 eV的光子照射，不能使处于基态的氢原子跃迁，D错误；用能量为14.0 eV的光子照射，氢原子可以从基态跃迁到无穷远，多余的能量转化为电离后的动能，E正确．
答案：(1)B (2)BCE 3．(12分)
天津卷如图所示，方盒A静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑
2
块B，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为________，滑块相对于盒运动的路程为________．
解析：本题主要考查动量守恒定律、功能关系及其相关知识点，意在考查学生运用相关知识解决问题的能力．
设滑块B质量为m，则方盒A的质量为2m.滑块B与方盒A构成的系统，在水平方向所受的合外力为零，由动量守恒定律可得，mv＝(m＋2m)v′，解得二者相对静止时方盒A的v11
2
3mv′－2mv2，速度v′＝3.设滑块B相对方盒A运动的路程为L，由功能关系，可得－μmgL＝2·v2
解得L＝3μg. vv2
答案：3 3μg 4．(12分)(1)(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期
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间，其体内C与C的比例不变；生命活动结束后，C的比例持续减少．现通过测量得14
知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一；下列说法正确的是( )
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A．该古木的年代距今约5700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
(2)一质量为0.5 kg的小物块放在水平地面上的A点，距离A点5 m的位置B处是一面墙，如图所示．物块以v0＝9 m/s的初速度从A点沿AB方向运动，在与墙壁碰撞前瞬间的
2
速度为7 m/s，碰后以6 m/s的速度反向运动直至静止．g取10 m/s.
①求物块与地面间的动摩擦因数μ；
②若碰撞时间为0. 05 s，求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F； ③求物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功W.
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解析：(1)剩余的碳C占2，表明经过了一个半衰期，A正确；C、C、C的质子数
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相同，质量数不同，中子数不同，B错误；C变为N，质量数未变，放出的是电子流，
即β射线，C正确；半衰期不受外界环境影响，D错误．
(2)①由动能定理得 11
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－μmgs＝2mv－2mv0 代入数据解得μ＝0.32 ②由动量定理得FΔt＝mv′－mv 代入数据解得F＝130 N
③物块反向运动过程中克服摩擦力所做的功等于物块动能的减少量 1
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即W＝2mv′＝9 J
答案：(1)AC (2)①0.32 ②130 N ③9 J 5．(12分)
北京卷动量定理可以表示为Δp＝FΔt，其中动量p和力F都是矢
量．在运用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究．例如，质量为m的小球斜射到木板上，入射的角度是θ，碰撞后弹出的角度也是θ，碰撞前后的速度大小都是v，如图所示．碰撞过程中忽略小球所受重力．
a．分别求出碰撞前后x、y方向小球的动量变化Δpx、Δpy；
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