高中物理模块综合测评教科版选修3_5

模块综合测评
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，在每小题给出的5个选项有3项符合题目要求．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分．)
1．下列说法正确的是( )
A．卢瑟福用实验得F出原子核具有复杂的结构
B．玻尔认为，氢原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
C．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损
D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，该元素的半衰期不变
E．光电效应实验中，对同一种金属遏止电压与入射光的频率有关
【解析】关于原子核有复杂结构的信息最先来自于天然放射现象，A错误．中等大小的核的比结合能最大、核子平均质量最小，轻核聚变与重核裂变过程中都是释放能量，都发生质量亏损，C错误．半衰期是描述原子核衰变快慢的物理量，只取决于原子核内部结构，与其化学状态、物理状态无关，D正确．由E k＝hν－W＝eU c可以看出，对同一种金属遏止电压U c与入射光频率成线性关系，E正确．根据玻尔原子理论，知B正确．【答案】BDE
2．质量为m的物体以速度v0从地面竖直向上抛(不计空气阻力)到落回地面，在此过程中( )
【导学号：11010071】A．上升过程和下落过程中动量的变化量大小为mv0，但方向相反
B．整个过程中重力的冲量为2mv0
C．整个过程中重力的冲量为0
D．上升、下降过程冲量大小均为mv0，方向向下
E．若空气阻力不可忽略，则在此过程中物体动量的变化量大小一定小于2mv0
【解析】不计空气阻力时，物体以速度v0落向地面，上升过程和下降过程中动量变化量等于重力的冲量，大小均为mv0，方向竖直向下，重力的总冲量为2mv0，故B、D正确，A、C错误；若空气阻力不可忽略，则物体落向地面的速度小于v0，因此物体从抛出到落地的整个过程中，动量的变化量大小一定小于2mv0，方向向下，E正确．
【答案】BDE
3．如图1所示，为氢原子能级图，现有大量氢原子从n＝4的能级发生跃迁，并发射光子照射一个钠光电管，其逸出功为2.29 eV，以下说法正确的是( )
图1
A．氢原子只能发出6种不同频率的光
B．能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子
C．为了增大钠光电管的光电流，可增大入射光的频率
D．光电管发出的光电子与原子核发生β衰变时放出的电子都是来源于原子核内部
E．钠光电管发出的光电子轰击处于基态的氢原子只能使氢原子跃迁到n＝2的能级
【解析】由C24＝6种知A正确；这六种光子能量依次为12.75 eV、12.09 eV、10.20 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV，故能让钠光电管发生光电效应的光子有四种，B正确．要增大光电流，需增大单位时间内逸出的光电子数目，即增大入射光的强度，C错误．光电管中发出的电子是金属内自由电子获得足够能量逸出的，而β衰变放出的电子是原子核内中子转变为质子时产生的，D错误．在这六种光照射下钠发射的光电子的最大初动能为12.75 eV －2.29 eV＝10.46 eV，它们轰击基态氢原子时只能使氢原子跃迁到n＝2的能级，E正确．【答案】ABE
4．如图2所示，小车在光滑的水平面上向左运动，木块在小车的水平车板上水平向右运动，且未滑出小车，下列说法中正确的是( )
图2
A．若小车的动量大于木块的动量，则木块先减速再加速后匀速
B．若小车的动量大于木块的动量，则小车先减速再加速后匀速
C．若小车的动量小于木块的动量，则木块先减速后匀速
D．若小车的动量小于木块的动量，则小车先减速后匀速
E．若小车的动量大小等于木块的动量大小，则木块和小车均做减速运动，最后都静止【解析】因水平面光滑，小车与木块组成的系统动量守恒，若小车的动量大于木块的动量，则总动量方向向左，最后小车和木块一起向左运动，小车先减速后匀速，木块先向右减速再向左加速，最后匀速，A正确，B错误；若小车动量小于木块动量，则最后两者一起向右运动，木块先减速后匀速，小车先向左减速，再向右加速，最后匀速运动，C正确，D 错误．若小车的动量大小等于木块的动量大小，则由动量守恒可知，小车和木块最后都静止，静止前都做减速运动，E正确．
【答案】ACE
5．下列说法正确的是( )
A.14 6C的半衰期会随着周围环境温度的变化而改变
B．爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说
C．处于n＝3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子
D．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
E．氢弹是利用核聚变的原理制成的
【解析】元素的半衰期由原子核内部因素决定，与外界温度无关；爱因斯坦为解释光电效应提出了光子说；处于n＝3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子；普朗克为了解释黑体辐射，提出了能量子假说；氢弹是利用核聚变的原理制成的．【答案】CDE
6．根据玻尔理论，下列说法正确的是( )
A．原子处于定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量
B．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，电势能的减少量大于动能的增加量
C．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
D．电子没有确定轨道，只存在电子云
E．玻尔理论的成功之处是引入量子观念
【解析】根据玻尔理论中的定态假设可知，原子处于定态时，不向外辐射能量，A项正确；氢原子发生跃迁辐射光子，减少的电势能一部分转化为电子的动能，另一部分转化为光子能量辐射出去，B项正确；氢原子只能吸收等于能级差的能量的光子，轨道半径也是一系列不连续的特定值，C、D项错；玻尔理论由于引入量子观念成功解释了氢光谱特点，E 项正确．
【答案】ABE
7．下列说法正确的是( )
A．方程式238 92U→234 90Th＋42He是重核裂变反应方程
B．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性
C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转化成中子时所产生的
D．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
E．在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做该实验，会产生光电效应
【解析】238 92U→234 90Th＋42He是衰变反应，不是重核裂变反应方程，故A错误；
光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故B正确；
β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的，故C错误；
德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射实验证实了他的猜想，故D 正确；由光电效应规律知E 正确．
【答案】 BDE
8．下列说法正确的是( )
【导学号：11010072】
A.232 90Th 经过6次α衰变和4次β衰变后，成为稳定的原子核208 82Pb
B ．发现中子的核反应方程为94Be ＋42He→12 6
C ＋10n
C ．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D ．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子能量减小
E ．现有4个放射性元素的原子核，经2个半衰期后还有一个未衰变
【解析】 232
90Th 经过6次α衰变和4次β衰变后，质量数是：m ＝232－6×4＝208，
电荷数：z ＝90－2×6＋4＝82，成为稳定的原子核208 82Pb ，故A 正确；
发现中子的核反应方程是94Be ＋42He→12 6C ＋1
0n ，故B 正确；
γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C 正确；
根据玻尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循：k e 2r ＝mv 2r
，据此可知电子的动能减小；再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径的增大而增大，故D 错误；半衰期是对大量原子核衰变规律的总结，E 错误．
【答案】 ABC
二、非选择题(本题共5小题，共52分)
9．(8分)若在做“验证动量守恒定律”的实验中，称得入射小球1的质量m 1＝15 g ，被碰小球2的质量m 2＝10 g ，由实验得出它们在碰撞前后的位移—时间图线如图3所示，则由图可知，入射小球在碰前的动量是________g·cm/s ，入射小球在碰后的动量是________g·cm/s ，被碰小球的动量是________g·cm/s ，由此可得出的结论是__________________________________．
图3
【解析】 由题图知碰前p 1＝m 1v 1＝m 1Δx 1Δt 1
＝1 500 g·cm/s 碰后p 1′＝m 1Δx 1′Δt 1′
＝750 g·cm/s p 2′＝m 2Δx 2′Δt 2′
＝750 g·cm/s. 由此可得出的结论是两小球碰撞前后的动量守恒．
【答案】 1 500 750 750 两小球碰撞前后的动量守恒
10．(8分)用半径相同的两个小球A 、B 的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意图如图4所示，斜槽与水平槽圆滑连接．实验时先不放B 球，使A 球从斜槽上某一固定点C 由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹，再把B 球静置于水平槽边缘处，让A 球仍从C 处由静止滚下，A 球和B 球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹．记录纸上的O 点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O 点距离：OM ＝2.68 cm ，OP ＝8.62 cm ，ON ＝11.50 cm ，并知A 、B 两球的质量比为2∶1，则未放B 球时A 球落地点是记录纸上的________点，
系统碰撞前总动量p 与碰撞后总动量p ′的百分误差|p －p ′|p
×100%＝________%(结果保留一位有效数字).
【导学号：11010073】
图4
【解析】 M 、N 分别是碰后两球的落地点的位置，P 是碰前A 球的落地点的位置，碰前系统的总动量可等效表示为p ＝m A ·OP ，碰后系统的总动量可等效表示为p ′＝m A ·OM ＋m B ·ON ，则其百分误差
|p －p ′|p ＝|m A ·OP －m A ·OM ＋m B ·ON |m A ·OP
≈2%. 【答案】 P 2 11．(12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5所示，则：
图5
(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，发射光电子的最大初动能是多少电子伏？
(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.
【答案】 (1)6种 (2)2.55 eV (3)铯 0.65 eV
12．(12分)如图6所示，质量为3m 的木块静止放置在光滑水平面上，质量为m 的子弹(可视为质点)以初速度v 0水平向右射入木块，穿出木块时速度变为25v 0，已知木块的长为L ，设子弹在木块中的阻力恒定．试求：
图6
(1)子弹穿出木块后，木块的速度大小v ；
(2)子弹在木块中运动的时间t .
【解析】 (1)子弹与木块相互作用过程，满足动量守恒定律：
mv 0＝m 25v 0＋3mv
解得：v ＝v 0
5
. (2)对系统应用功能关系：fL ＝12mv 20－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫25v 02－12
3mv 2 解得：f ＝9mv 2025L
对木块应用动量定理：ft ＝3mv
解得：t ＝5L 3v 0. 【答案】 (1)v ＝v 05 (2)t ＝5L 3v 0
13．(12分)如图7所示，一质量为2m 的L 形长木板静止在光滑水平面上．木板右端竖起部分内侧有粘性物质，当有其他物体与之接触时即会粘在一起．某一时
刻有一质量为m 的物块，以水平速度v 0从L 形长木板的左端滑上长木板．已知物块与L
形长木板的上表面的动摩擦因数为μ，当它刚要与L 形长木板右端竖起部分相碰时，速度减为v 02，碰后即粘在一起，求：
图7
(1)物块在L 形长木板上的滑行时间及此时长木板在地面上滑行的距离；
(2)物块与L 形长木板右端竖起部分相碰过程中，长木板受到的冲量大小．
【解析】 (1)设物块在L 形长木板上的滑行时间为t ，由动量定理得：
－μmgt ＝m v 02－mv 0
解得t ＝v 0
2μg
物块与L 形长木板右端竖起部分相碰前系统动量守恒：
mv 0＝m v 02＋2mv 1
解得v 1＝v 04
由动能定理得μmgs ＝12×2mv 2
1
解得s ＝v 2
16μg .
(2)物块与L 形长木板右端竖起部分相碰过程，系统动量守恒mv 0＝3mv 2
对长木板由动量定理得：I ＝2mv 2－2mv 1＝mv 06.
【答案】 (1)v 02μg v 2
016μg (2)mv 06。