2016-2017学年高中物理选修3-5习题模块检测一 含答案

模块检测(一)
(时间：90分钟满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)
1．下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有()
答案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．
2．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
答案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，A、B、D都是作为示踪原子，故A、B、D正确．
3．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
答案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．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13.6 eV的光子氢原子才能吸收
D．氢原子只能吸收某些频率的电磁波
答案 D
解析氢原子只吸收能量等于能级差的光子．
5.
图1
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1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E 2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E 2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( ) A.λ1λ2λ2－λ1 B.λ1λ2λ1－λ2 C.λ1－λ2λ1λ2 D.λ2－λ1λ1λ2 答案 A
解析 由题意知E 3－E 1＝h c λ1①
E 3－E 2＝h
c
λ2②
E 2－E 1＝h c
λ
③ 由①②③式解得λ＝
λ1λ2
λ2－λ1
，故A 选项正确．
6．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234 90Th ，衰变成镤核234
91Pa ，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 答案 AD
解析 钍核衰变的核反应方程式为234 90Th ―→234 91Pa ＋
0－1e ，选项B 错误；氢原子辐射出一个光
子后能量减小，核外电子轨道半径减小，由a ＝kQq
mr
2，核外电子运动的加速度增大，选项C
错误；故只有选项A 、D 正确．
7．(2014·江西吉安高二期末)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 55Cs 和碘131 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 92U ―→137 55Cs ＋9637Rb ＋210n
C ．放射性碘131 53I 发生β衰变的核反应方程为131 53I ―→131 54Xe ＋
0－1e
D.235 92U 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 答案 C 8.
图2
如图2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( ) A.m （L ＋d ）d B.m （L －d ）d
C.mL
d D.m （L ＋d ）L 答案 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
动量大小相等，即m s 人t ＝M d
t ，又s 人＝L －d ，得M ＝m （L －d ）d .
9.
图3
如图3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E k A ∶E k B ＝1∶2 B ．两滑块的动量大小之比p A ∶p B ＝2∶1 C ．两滑块的速度大小之比v A ∶v B ＝2∶1 D ．弹簧对两滑块做功之比W A ∶W B ＝1∶1 答案 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；m A v A ＝m B v B ，故
v A ∶v B ＝m B ∶m A ＝1∶2，C 项错误；由E k ＝p 22m 得E k A ∶E k B ＝m B m A ＝1
2
，A 项正确；由W ＝Δ
E k 知W A ∶W B ＝E k A ∶E k B ＝1∶2，D 项错误．
10．静止的氡核222 86Rn 放出α粒子后变为钋核218
84Po ，α粒子动能为E α.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( )
A.4
218·E αc
2 B ．0 C.222218·E αc 2 D.218222·E αc 2 答案 C
解析 由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由E k ＝p 22m ∝1
m ，它们的动能之比
为4∶218，因此衰变释放的总能量是222218·E α，由质能方程得质量亏损是222218·E α
c 2.
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，图4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． ________________________________________________________________________.
图4
答案 (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．(6分)如图5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．
图5
(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
答案(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．(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：
图6
①用天平测出两个小球的质量(分别为m 1和m 2，且m 1>m 2)；
②如图6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m 2，让小球m 1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m 2放在斜槽前端边缘处，让小球m 1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m 1和m 2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L D 、L E 、L F . 根据该同学的实验，回答下列问题：
(1)小球m 1和m 2发生碰撞后，m 1的落点在图6中的________点，m 2的落点是图1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． 答案 (1)D F
(2)m 1L E ＝m 1L D ＋m 2L F (3)m 1L E ＝m 1L D ＋m 2L F
解析 (1)因为小球m 1和m 2发生碰撞后，小球m 2的速度增大，小球m 1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m 1球的落地点是D 点，m 2球的落地点是F 点；
(2)碰撞前，小球m 1落在图1中的E 点，令水平初速度为v 1，小球m 1和m 2发生碰撞后，m 1的落点在图1中的D 点，令水平初速度为v 1′，m 2的落点是图1中的E 点，令水平初速度
为v 2.设斜面BC 与水平面的倾角为α，由平抛运动规律知：L D sin α＝gt 2
2，L D cos α＝v 1′t
整理得：v 1′＝gL D cos 2α
2sin α
同理可解得：v 1＝
gL E cos 2α
2sin α
，v 2＝
gL F cos 2α
2sin α
只要满足关系式：m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2，即 m 1L E ＝m 1L D ＋m 2L F
则说明碰撞中动量守恒．
(3)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：12m 1v 21＝1
2
m 1v 1′2
＋1
2
m 2v 2′2，即m 1L E ＝m 1L D ＋m 2L F 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7所示，则：
图7
(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
答案 (1)6种 (2)2.55 eV (3)铯；0.65 eV 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 ＝E 4－E 2，代入数据得E ＝2.55 eV
(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E km ＝E －W 0 代入数据得，E km ＝0.65 eV(或1.0×10－19
J)
15.
图8
(10分)40 kg 的女孩骑自行车带30 kg 的男孩(如图8所示)，行驶速度2.5 m/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． 答案 (1)由于惯性 (2)4 m/s
(3)250 J 400 J 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150 J
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： (m 1＋m 2＋m 3)v 0＝(m 1＋m 2)v
得v ＝4 m/s(m 1表示女孩质量，m 2表示自行车质量，m 3表示男孩质量) (3)男孩下车前系统的动能
E k ＝12(m 1＋m 2＋m 3)v 20＝12(40＋10＋30)×(2.5)2 J ＝250 J
男孩下车后系统的动能
E k ＝12(m 1＋m 2)v 2＝1
2
(40＋10)×42 J ＝400 J
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150 J.
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9038Sr 和136 54Xe ，质
量m U ＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m Sr ＝89.907 7 u ，m Xe ＝135.907 2 u. (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？
答案 (1)235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n
(2)140.3 MeV (3)45.7 t
解析 (2)裂变过程的质量亏损Δm ＝m U ＋m n －m Sr －m Xe －10m n ＝0.150 7 u ，
释放的能量
ΔE ＝Δmc 2＝0.150 7×931 MeV ≈140.3 MeV .
(3)核电站一年的发电量E ＝Pt ＝2×125×107×365×24×60×60 J ＝7.884×1016 J ，
由E ＝N ΔE ＝m ·3 %M N A ΔE ，得m ＝EM
3 %·N A ΔE
＝7.884×1016×2353 %×6.02×1023×140.3×106
×1.6×10
－19 g ≈4.57×107
g ＝45.7 t. 17．(12分)一个静止的氮核147N 俘获了一个速度为2.3×107 m/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106 m/s ，B 、C 在同一磁场中做圆周运动的半径之比R B ∶R C ＝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．
答案 (1)3×106 m/s (2)氦原子核
(3)147N ＋10n →115B ＋4
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
m n v n ＝m B v B ＋m C v C 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 C ＝3×106 m/s
再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R ＝m v
Bq
可得：
q B q C ＝m B v B R C m C v C R B ＝11×106
×304×3×106×11＝52
② q B ＋q C ＝7③
将②③联立可得，q C ＝2，而m C ＝4，则C 核是氦原子核，核反应方程式是147N ＋10n →11
5B
＋42He。