2019-2020學年高中物理 模塊綜合檢測（含解析）新人教版選修3-5

模塊綜合檢測(時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題包含10小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個選項中,16題只有一個選項符合題目要求,710題有多個選項符合題目要求。全部選對的得4分,選不全的得2分,有錯選或不答的得0分)1.下列說法正確的是()A.射線是高速運動的氦原子B.核聚變反應方程 12H+13H24He+01n中,01n表示質子C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D.玻爾將量子觀念引入原子領域,其理論能夠解釋氫原子光譜的特征解析:射線是高速運動的氦原子核,選項A錯誤;01n表示中子,選項B錯誤;根據(jù)光電效應方程Ek=h-W0可知光電子最大初動能與入射光的頻率成線性關系而非正比關系,選項C錯誤;根據(jù)玻爾的原子理論可知,選項D正確。答案:D2.下列四幅圖所反映的物理過程中,系統(tǒng)動量守恒的是()A.只有甲、乙正確B.只有丙、丁正確C.只有甲、丙正確D.只有乙、丁正確解析:甲中子彈和木塊組成的系統(tǒng)所受外力為零,故動量守恒;乙中剪斷細線時,墻對系統(tǒng)有作用力,故動量不守恒;丙中系統(tǒng)所受外力為零,故系統(tǒng)動量守恒;丁中斜面固定,系統(tǒng)所受外力不為零,動量不守恒,故只有選項C正確。答案:C3.氫原子核外電子從外層軌道(半徑為rb)向內層軌道(半徑為ra)躍遷時(ra<rb),電子動能的增量Ek=Eka-Ekb,電勢能增量Ep=Epa-Epb,則根據(jù)玻爾的理論,下列表述正確的是()A.Ek<0,Ep<0,Ek+Ep=0B.Ek<0,Ep>0,Ek+Ep=0C.Ek>0,Ep<0,Ek+Ep>0D.Ek>0,Ep<0,Ek+Ep<0解析:根據(jù)向心力公式mv2r=ke2r2,得Ek=12mv2=ke22r,即半徑越大動能越小,所以Ek>0;由于核外電子和核內質子是相互吸引的,當電子從外層軌道向內層軌道躍遷時,電場力做正功,電勢能減小,所以Ep<0;又由于內層軌道比外層軌道原子的能級低,所以Ek+Ep<0。故選項D正確,選項A、B、C錯誤。答案:D4.如圖所示,在真空中一光滑絕緣水平面上,有直徑相同的兩個金屬球A、C,質量mA=1×10-2 kg、mC=5×10-3 kg,靜止在磁感應強度B=0.5 T的勻強磁場中的C球帶正電,電荷量qC=1.0×10-2 C。在磁場外不帶電的A球以速度v0=20 m/s進入磁場中與C球發(fā)生正碰后,C球對水平面的壓力恰好為零(g取10 m/s2),則碰后A球的速度為()A.10 m/sB.5 m/sC.-10 m/sD.-20 m/s解析:A球與C球發(fā)生正碰,則動量守恒,即mAv0=mAvA+mCvC,接觸后,C球所帶電荷量變?yōu)閝C2,對水平面壓力為零,則qC2vCB=mCg,解以上各式得vA=10m/s,所以選項A正確。答案:A5.放射性元素A經過2次衰變和1次衰變后生成一新元素B,則元素B在元素周期表中的位置較元素A的位置向前移動了()A.1位B.2位C.3位D.4位解析:每經過一次衰變,元素核電荷數(shù)減少2,每經過一次衰變,元素核電荷數(shù)增加1,元素A經過2次衰變和1次衰變,則核電荷數(shù)減少3,即向前移動了3位,故C正確。答案:C6.紅寶石激光器的工作物質紅寶石是含有鉻離子的三氧化二鋁晶體,利用其中的鉻離子產生激光。鉻離子的能級圖如圖所示,E1是基態(tài),E2是亞穩(wěn)態(tài),E3是激發(fā)態(tài),若以脈沖氙燈發(fā)出的波長為1的綠光照射晶體,處于基態(tài)的鉻離子受到激發(fā)而躍遷到E3,然后自發(fā)地躍遷到E2,釋放波長為2的光子,處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時輻射出的光就是激光,這種激光的波長為()A.122-1 B.121-2 C.1-212 D.2-112解析:由題意和玻爾原子理論可知E3-E1=hc1,E3-E2=hc2,E2-E1=hc,由以上三式可得1=2-112,A正確。答案:A7.下列四幅圖有關說法正確的是()A.圖甲,原子中的電子繞原子核高速運轉時,運行軌道的半徑是任意的B.圖乙,發(fā)現(xiàn)少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉,說明原子的質量絕大部分集中在很小的空間范圍C.圖丙,光電效應實驗說明了光具有粒子性D.圖丁,射線a由粒子組成,每個粒子帶兩個單位正電荷解析:電子繞核運轉的軌道半徑是不連續(xù)的,選項A錯誤。粒子散射實驗驗證了原子的核式結構,選項B正確。光電效應實驗說明光具有粒子性,選項C正確。a是射線,選項D錯誤。答案:BC8.科學家使用核反應獲取氚,再利用氘和氚的核反應獲得能量,核反應方程分別為X+Y 24He+13H+4.9 MeV和 12H+13H 24He+X+17.6 MeV。下列表述正確的有()A.X是中子B.Y的質子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.兩個核反應都沒有質量虧損D.氘和氚的核反應是核聚變反應解析:由 12H+13H24He+X,核反應遵循質量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知X為中子(01n),故選項A正確;同理由 01n+Y 24He+13H,可知Y為鋰核(36Li),所以Y的質子數(shù)為3,中子數(shù)為6-3=3,故選項B錯誤;兩個核反應都釋放核能,所以兩個核反應都存在質量虧損,故選項C錯誤;氘核和氚核的核反應是兩個質量數(shù)較小的核結合成質量數(shù)大的核,核反應為核聚變反應,故選項D正確。答案:AD9.觀察發(fā)現(xiàn),短道速滑中“接棒”的運動員甲提前站在“交棒”的運動員乙前面,并且開始向前滑行,待乙追上甲時,乙猛推甲一把,使甲獲得更大的速度向前沖出。在乙推甲的過程中,忽略運動員與冰面間在水平方向上的相互作用,則()A.甲對乙的沖量大小一定等于乙對甲的沖量大小B.甲、乙的動量變化一定大小相等方向相反C.甲的動能增加量一定等于乙的動能減少量D.甲對乙做多少負功,乙對甲就一定做多少正功解析:甲對乙的沖量與乙對甲的沖量大小相等,方向相反,選項A正確;甲、乙組成的系統(tǒng)動量守恒,動量變化量等大反向,選項B正確;甲、乙相互作用時,雖然她們之間的相互作用力始終大小相等,方向相反,但相互作用過程中,她們的對地位移不一定相同,所以甲的動能增加量不一定等于乙的動能減少量,那么甲對乙做的功就不一定等于乙對甲做的功,選項C、D錯誤。答案:AB10.(2017·全國卷)在光電效應實驗中,分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub,光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若a>b,則一定有Ua<UbB.若a>b,則一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub,則一定有Eka<EkbD.若a>b,則一定有ha-Eka>hb-Ekb解析:光電效應中遏止電壓與最大初動能之間的關系為eU=Ek,根據(jù)光電效應方程可知Ek=h-W0,若a>b,則Eka>Ekb,Ua>Ub,A錯誤,B正確;若Ua<Ub,則Eka<Ekb,C正確;由光電效應方程可得W0=h-Ek,則ha-Eka=hb-Ekb,D錯誤。答案:BC二、填空題(本題包含2小題,共18分)11.(6分)氫原子的能級圖如圖所示。氫原子從n=3能級向n=1能級躍遷所放出的光子,恰能使某種金屬產生光電效應,則該金屬的截止頻率為 Hz;用一群處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬,產生的光電子最大初動能為eV。(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,結果均保留2位有效數(shù)字) 解析:氫原子從能級n=3向n=1躍遷所放出的光子的能量為13.6eV-1.51eV=12.09eV,因所放出的光子恰能使某種金屬產生光電效應,則有h0=12.09eV,解得02.9×1015Hz。當光子能量等于逸出功時,恰好發(fā)生光電效應,所以逸出功W0=12.09eV。從n=4能級向n=1能級躍遷所放出的光子能量最大,大小為h=13.6eV-0.85eV=12.75eV。根據(jù)光電效應方程得最大初動能Ek=h-W0=12.75eV-12.09eV=0.66eV。答案:2.9×10150.6612.(12分)兩位同學用如圖甲所示裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律。甲乙(1)實驗中必須滿足的條件是。 A.斜槽軌道盡量光滑B.斜槽軌道末端的切線必須水平C.入射球A每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下D.兩球的質量必須相等(2)測得入射球A的質量為mA,被碰撞小球B的質量為mB,圖甲中O點是小球拋出點在水平地面上的垂直投影,實驗時,先讓入射球A從斜軌上的起始位置由靜止釋放,找到其平均落點的位置P,測得平拋射程為OP;再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與小球B相撞,分別找到球A和球B相撞后的平均落點M、N,測得平拋射程分別為OM和ON。當所測物理量滿足表達式時,即說明兩球碰撞中動量守恒;如果滿足表達式,則說明兩球的碰撞為完全彈性碰撞。 (3)乙同學也用上述兩球進行實驗,但將實驗裝置進行了改裝:如圖乙所示,將白紙、復寫紙固定在豎直放置的木條上,用來記錄實驗中球A、球B與木條的撞擊點。實驗時,首先將木條豎直立在軌道末端右側并與軌道接觸,讓入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,撞擊點為B'然后將木條平移到圖中所示位置,入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,確定其撞擊點P'再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與球B相撞,確定球A和球B相撞后的撞擊點分別為M'和N'。測得B'與N'、P'、M'各點的高度差分別為h1、h2、h3。若所測物理量滿足表達式,則說明球A和球B碰撞中動量守恒。 解析:(1)驗證動量守恒定律的實驗中,通過平拋運動的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度,只要求離開軌道后球做平拋運動,對斜槽是否光滑沒有要求,故A錯誤;要保證每次小球都做平拋運動,則軌道的末端必須水平,故B正確;要保證碰撞前的速度相同,應使入射球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下,故C正確;為了使入射小球碰后不被反彈,要求入射小球質量大于被碰小球質量,故D錯誤。(2)小球離開軌道后做平拋運動,由于小球拋出點的高度相同,它們做平拋運動的時間t相等,它們的水平位移x與其初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度,若兩球相碰前后的動量守恒,則mAv0=mAv1+mBv2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得mA·OP=mA·OM+mB·ON。若碰撞是彈性碰撞,則機械能守恒,由機械能守恒定律得12mAv02=12mAv12+12mBv22,將OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t代入得mA·OP2=mA·OM2+mB·ON2。(3)小球做平拋運動,在豎直方向上有h=12gt2平拋運動時間t=2hg設軌道末端到木條的水平位置為x,小球做平拋運動的初速度vA=x2h2g,vA'=x2h3g,vB'=x2h1g如果碰撞過程動量守恒,則mAvA=mAvA'+mBvB'將速度代入動量守恒表達式解得mAh2=mAh3+mBh1。答案:(1)BC(2)mA·OP=mA·OM+mB·ONmA·OP2=mA·OM2+mB·ON2(3)mAh2=mAh3+mBh1三、計算題(本題包含4小題,共42分。解答時應寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不得分。有數(shù)值計算的題,答案中必須寫明數(shù)值和單位)13.(10分)質量是60 kg的建筑工人,不慎從高空跌下,由于彈性安全帶的保護作用,最后使人懸掛在空中。已知彈性安全帶緩沖時間為1.2 s,工人自由下落直至安全帶伸直,下降高度為5 m,求安全帶所受的平均作用力。(g取10 m/s2)解析:人的下落為自由落體運動,下落到安全帶伸直時的速度大小為v0=2gh=10m/s取人為研究對象,在人和安全帶相互作用的過程中,人受到重力mg和安全帶給的沖力F,取F方向為正方向,由動量定理得(F-mg)t=mv0,所以F=mg+mv0t=1100N,方向豎直向上故由牛頓第三定律知安全帶所受的平均作用力為1100N,方向豎直向下。答案:1 100 N方向豎直向下14.(10分)兩個中子和兩個質子結合成一個氦核,同時釋放一定的核能。已知中子質量為 1.008 7 u,質子質量為 1.007 3 u,氦核質量為4.002 6 u。試計算用中子和質子生成1 kg氦時,要釋放的核能。1u=931.5MeVc2解析:兩個質子和兩個中子結合成氦核的反應為201n+211H24He質量虧損m=2×1.0087u+2×1.0073u-4.0026u=0.0294u放出的核能E=0.0294×931.5MeV=27.386MeV生成1kg氦釋放的總核能E=10004×6.02×1023×27.386×106×1.6×10-19J=6.59×1014J。答案:6.59×1014 J15.(10分)處于靜止狀態(tài)的某原子核X,發(fā)生衰變后變成質量為mY的原子核Y,被釋放的粒子垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中,測得其圓周運動的半徑為R,設粒子質量為m,質子的電荷量為e,試求:(1)衰變后粒子的速率v和動能Ek;(2)衰變后Y核的速率vY和動能EkY;(3)衰變前X核的質量mX。解析:(1)粒子在勻強磁場中做圓周運動所需的向心力由洛倫茲力提供,即Bqv=mv2R,粒子的電荷量q=2e所以粒子的速率v=2BeRm動能Ek=12mv2=2B2e2R2m。(2)由動量守恒mv-mYvY=0,所以vY=2BeRmY,EkY=12mYvY2=2B2e2R2mY。(3)由質能方程E=mc2,而E=Ek+EkY所以m=2B2e2R2c21m+1mY衰變前X核的質量mX=m+mY+m=m+mY+2B2e2R2c21m+1mY。答案:(1)v=2BeRmEk=2B2e2R2m(2)vY=2BeRmYEkY=2B2e2R2mY(3)mX=m+mY+2B2e2R2c21m+1mY16.(12分)如圖所示,三個質量相同的滑塊A、B、C,間隔相等地靜置于同一水平直軌道上?，F(xiàn)給滑塊A向右的初速度v0,一段時間后A與B發(fā)生碰撞,碰后A、B分別以18v0、34v0的速度向右運動,B再與C發(fā)生碰撞,碰后B、C粘在一起向右運動?；瑝KA、B與軌道間的動摩擦因數(shù)為同一恒定值。兩次碰撞時間均極短。求B、C碰后瞬間共同速度的大小。解析:設滑塊質量為m,A與B碰撞前A的速度為vA,由題意知,碰后A的速度vA'=18v0,B的速度vB=34v0,由動量守恒定律得mvA=mvA'+mvB設碰撞前A克服軌道阻力所做的功為WA,由功能關系得WA=12mv02-12mvA2設B與C碰撞前B的速度為vB',B克服軌道阻力所做的功為WB,由功能關系得WB=12mvB2-12mvB'2據(jù)題意可知WA=WB設B、C碰后瞬間共同速度的大小為v,由動量守恒定律得mvB'=2mv聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得v=2116v0。答案:2116v08