2019秋 金版学案 物理·选修3-5(粤教版)练习：模块综合检测(二)

模块综合检测(二)
(时间：90分钟满分：100分)
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是()
A．查德威克第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子
B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并求出了该粒子的比荷
解析：卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子，故A错误；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现放射性元素，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子的核式结构理论，故C错误；汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并求出了该粒子的比荷，故D正确．
答案：D
2．对爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W，下面的理解正确的有()
A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E k
B．式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C．逸出功W和极限频率ν0之间应满足关系式W＝hν0
D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
解析：根据光电效应方程E km＝hν－W0知，同种频率的光照射同一种金属，从金属中逸出的所有光电子最大初动能E k都相同，但初动能可能不同，故A错误；W表示逸出功，是每个电子从这种金属中飞出过程中，克服金属中正电荷引力所做的功的最小值，故B错误；根据光电效应方程E km＝hν－W0知，当最大初动能为零时，入射频率即为极限频率，则有W＝hν0，故C正确；根据光电效应方程E km＝hν－W0知，最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D错误．
答案：C
3．有关图中四幅图的说法正确的是()
A．甲图中，水平地面光滑，球m1以速度v碰撞静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
C．丙图中，射线1由β粒子组成，射线2为γ射线，射线3由α
粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核聚变
解析：题图甲中只有发生弹性碰撞时，碰后m2的速度才为v，则A错误；题图丙中射线1由α粒子组成，射线3由β粒子组成，射线2为γ射线，C错误；题图丁中，链式反应属于重核裂变，D错误．答案：B
4.如图所示，光滑水平面上有质量均为m的物块A和B，B上固定一水平轻质弹簧，B静止，A以速度v 0水平向右运动，从A与弹簧接触至弹簧被压缩到最短的过程中()
A．A、B的动量变化量相同
B．A、B的动量变化率相同
C．A、B系统的总动能保持不变
D．A、B系统的总动量保持不变
解析：两物块相互作用过程中系统所受的合外力为零，系统的总动量守恒，则A、B的动量变化量大小相等、方向相反，所以动量变化量不同，故A错误，D正确；由动量定理Ft＝Δp可知，动量的变化率等于物块所受到的合外力，A、B两物块所受的合外力大小相等、方向相反，所受到的合外力不同，则动量的变化率不同，故B错误；A、B和弹簧组成的系统的总机械能不变，弹性势能在变化，则A、B的总动能在变化，故C错误．
答案：D
5．一只小船静止在湖面上，一个人从小船的一端走到另一端，以下说法正确的是(不计水的阻力)()
A．人受的冲量与船受的冲量相同
B．人向前走时，人与船的总动量不守恒
C．当人停止走动时，小船也停止后退
D．人向前走的速度一定大于小船后退的速度
解析：人和船之间的相互作用力大小相等，作用时间相同，由冲量的定义I＝Ft知，人受的冲量与船受的冲量大小相等，但方向相反，人受到的冲量与船受到的冲量不同，故A错误；人与船组成的系统所受合力为零，人与船组成的系统动量守恒，人向前走时，人与船的总动量守恒，故B错误；人与船组成的系统动量守恒，人与船系统的初动量为零，由动量守恒定律可知，在任一时刻系统的总动量都为零，当人停止走动时人的动量为零，船的动量也为零，船停止后退，故C 正确；人与船组成的系统动量守恒，由动量守恒定律可知，人的动量与船的动量大小相等，但由于不知道人的质量与船的质量间的关系，无法判断人的速度与船的速度间的关系，故D错误．
答案：C
6．下列说法中错误的是()
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为42He＋147N→178O＋11H B．铀核裂变的核反应方程是：23592U→14156Ba＋9236Kr＋210n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为λ1λ2
λ1－λ2的光子
解析：1919年，卢瑟福做了α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子，核反应方程为：42He＋147N→178O＋11H，选项A正确；铀核裂变时，
需要中子轰击铀核，所以铀核裂变的核反应方程是235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236
Kr ＋310n ，选项B 错误；根据爱因斯坦质能关系式可知，选项C 正确；设波长为λ1的光子能量为E 1，波长为λ2的光子能量为E 2，原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要吸收的光子能量为E 3，波长为λ3，
则E 1＝hc λ1，E 2＝hc λ2，E 3＝hc λ3；E 3＝E 2－E 1，可推知λ3＝λ1λ2λ1－λ2
，D 正确． 答案：B
7．钍核(234 90Th)具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤核(234 91
Pa)，同时伴随有γ射线产生，其方程为234 90Th →234 91Pa ＋X.则X 粒子为
( )
A ．质子
B ．中子
C ．α粒子
D ．β粒子
解析：根据电荷数守恒可知，射线的电荷数：z ＝90－91＝－1，结合质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即x 为β粒子，故D 正确．
答案：D
8．一质量为m 的铁锤，以速度v ，竖直打在木桩上，经过Δt 时间后停止，则在打击时间内，铁锤对木桩的平均冲力的大小是( )
A ．mg Δt
B.m v Δt
C.m v Δt ＋mg
D.m v Δt
—mg 解析：铁锤对木桩的作用力和木桩对铁锤的作用力大小相等，对铁锤分析可得受到重力和木桩的作用力，故根据动量定理可得(mg －F )t ＝0－m v ，解得F ＝mg ＋m v Δt
，故铁锤对木桩的平均冲力的大小为
mg ＋m v Δt
，C 正确． 答案：C
9．一自身质量为100 kg 的小船静止在平静的湖面上，船长为6 m ，一质量为50 kg 的人从船尾走到船头，在此过程中船对岸的位移大小为(人行走前人、船均静止，水的阻力不计)( )
A ．2 m
B ．3 m
C ．4 m
D ．0
解析：船和人组成的系统，在水平方向上动量守恒，人在船上行进，船向后退，以人的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m 人v 人－m 船v 船＝0，人从船头走到船尾，设船后退的位移大小为x ，则人相
对于岸的位移大小为L －x ，则m 人L －x t －m 船x t
＝0，解得：x ＝2 m ，船向后退了2 m ，故A 正确．
答案：A
10．如图所示，已知用光子能量为2.82 eV 的紫光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，电压表读数1 V ．则该金属涂层的逸出功约为( )
A ．2.9×10－19 J
B ．6.1×10－19 J
C ．1.6×10－19 J
D ．4.5×10－19 J
解析：若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，知所加的电压为反向电压，即最大初动
能的光电子都不能到达另一端，过程中电场力做功为Ue＝1
2m v
2，根据
光电效应方程可得W0＝E－1
2m v
2，U＝1 V，e＝1.6×10－19 C，联立可
得W0≈2.9×10－19 J，A正确．
答案：A
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
11．一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是() A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致
解析：质子p即11H，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，A项正确；核反应过程遵循动量守恒定律，B项正确；在核反应中质量数守恒，但会发生质量亏损，所以C项错误；设质子的质量为m，则2814Si*的质量
为28m，由动量守恒定律有m v0＝28m v，得v＝v0
28＝1.0×107
28m/s≈3.6
×105 m/s，方向与质子初速度的方向相同，故D项正确．答案：ABD
12．下列说法正确的是()
A．比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
解析：比结合能是衡量原子核结构是否牢固的指标，它越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A正确；根据黑体辐射实验的规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃进时，由C24＝6知：最多可产生6种不同频率的光子，故D错误．
答案：AB
13．质量为m的物体在倾角为θ的光滑斜面顶端由静止释放，斜面高h，物体从斜面顶端滑到斜面底端过程中()
A．物体所受支持力的冲量为零
B．物体所受支持力的冲量方向垂直斜面向上
C．物体所受重力的冲量方向沿斜面向下
D．物体所受重力的冲量大小为m2gh sin θ
解析：力与时间的乘积是力的冲量，物体沿斜面下滑过程，物体所受支持力垂直斜面向上，冲量I＝mg cos θ·t大小不为零，方向垂直斜面向上，故A错误，B正确；恒力的冲量方向与力的方向相同，
重力的冲量方向竖直向下，故C错误；由
h
sin θ
＝
1
2g sin
θt2得物体下
滑过程所用时间为：t＝1
sin θ×
2h
g，故重力的冲量大小
I＝mgt＝mg 1
sin θ2h
g＝
m2gh
sin θ
，故D正确．
答案：BD
14．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV和21H＋31H→42He ＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有()
A．X是中子
B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都没有质量亏损
D．氘和氚的核反应是核聚变反应
答案：AD
三、非选择题(本题共4小题，共54分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作答．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)如图所示，光滑的水平地面上有A、B、C三个可视为质点的木块，质量分别为1 kg、6 kg、6 kg.木块A的左侧有一半径R ＝0.1 m的固定的粗糙半圆弧轨道，一开始B、C处于静止状态，B、C 之间的水平轻质弹簧处于原长．给木块A一个水平向右的初速度，大小为v1＝8 m/s，与木块B碰撞后(碰撞时间极短)，A被反弹，速度大小变为v2＝4 m/s.若A恰好能通过半圆弧轨道的最高点(g取10 m/s2)，求：
(1)木块A克服半圆弧轨道摩擦所做的功；
(2)弹簧具有的最大弹性势能．
解析：(1)由木块A恰好通过半圆弧轨道最高点有
m A g ＝m A v 2A R ， 解得v A ＝1 m/s ，
木块A 从最低点到最高点的过程，由动能定理得：
－m A g ·2R －W f ＝12m A v 2A －12
m A v 22， 解得W f ＝5.5 J.
(2)以水平向右为正方向，根据动量守恒，得
m A v 1＝m B v B －m A v 2，
解得v B ＝2 m/s ，
弹簧压缩至最短时，B 、C 速度相同，有
m B v B ＝(m B ＋m C )v ，
解得v ＝1 m/s ，
弹簧具有的最大弹性势能
E p ＝12m B v 2B －12
(m B ＋m C )v 2＝6 J. 答案：见解析
16．(12分)(1)在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I 与光电管两端所加电压U 间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是( )
A ．a 光频率大于b 光频率
B ．a 光波长大于b 光波长
C ．a 光强度高于b 光强度
D ．a 光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大
(2)已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，激发态能量E n ＝1n 2E 1，其中n ＝2，3，…，已知普朗克常量为h ，真空中光速为c ，吸收波长为__________的光子能使氢原子从基态跃迁到n ＝2的激发态；此激发态原子中的电子再吸收一个频率为ν的光子被电离后，电子的动能为__________．
(3)一个初速度为v 0的氧核(15 8O)自发衰变成一个氮核(15 7N)和另外
一个粒子，并释放出一定能量．已知氧核的质量为m 0，氮核的质量为m 1，速度为v 1，方向与氧核方向相同，粒子的质量为m 2，若不计光子的动量，写出该核反应的方程式并求出粒子的速度v 2大小．
解析：(1)截止电压相同，所以频率相同，A 错误；频率相同，波长相同，B 错误；a 的饱和电流大于b 的饱和电流，则a 中的光强大于b 中的光强，C 正确； 根据E k ＝h ν－W 可得产生光电子的最大初动能一样大，D 错误，故选C.
(2)根据公式E ＝h c λ可得λ＝hc E ＝hc 122E 1
－E 1＝－4hc 3E 1， 此激发态原子中的电子再吸收一个频率为ν的光子被电离后，电
子的动能为E k ＝1n 2E 1＋h ν＝h ν＋E 14
. (3)方程式为：15 8O →15 7N ＋01e ，
由动量守恒得：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2，
解得：v 2＝m 0v 0－m 1v 1m 2
. 答案：(1)C (2)－4hc 3E 1 h ν＋E 14
(3) 15 8O →15 7N ＋01e
v 2＝m 0v 0－m 1v 1m 2
17．(12分)若23592U俘获一个中子裂变成9038Sr及13654Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－27 kg，1 u相当于931.50 MeV)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量(阿伏加德罗常数N A ＝6.03×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)．
解析：(1)根据核反应的质量数与质子数守恒，生成物中的中子个数：n＝235＋1－90－136＝10
则核反应方程为：23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7) u－(89.907 7＋135.907 2＋10×1.008 7) u＝0.150 7 u
所以ΔE＝Δm×931.5＝0.150 7×931.5 MeV＝140.38 MeV
9．2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是：
E＝
9 200
235.043 9×6.03×10
23×140.38 MeV＝3.3×1027 MeV
答案：23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n
(2)3.3×1027 MeV
18．(18分)(1)下列说法正确的是()
A．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
B．在很多核反应中，由于有核能的释放，所以才会有质量的亏损C．对放射性物质施加压力，其半衰期将减少
D．入射光的频率如果低于某金属的截止频率，即使增加该入射光的强度，也不能使该金属发生光电效应
E．康普顿效应不仅表明了光子具有能量，还表明了光子具有动量
(2)如图所示为氢原子的能级图，n为量子数．在氢原子核外电子
由量子数为2的轨道跃迁到量子数为3的轨道的过程中，将______(选填“吸收”“放出”)光子．若该光子恰能使某金属产生光电效应，则一群处于量子数为4的激发态的氢原子在向基态跃迁的过程中，有______种频率的光子能使该金属产生光电效应．
(3)如图所示，一质量m1＝0.48 kg的平板小车静止在光滑的水平轨道上．车顶右端放一质量m2＝0.2 kg的小物块，小物块可视为质点．现有一质量m0＝0.02 kg的子弹以水平速度v0＝200 m/s射中小车左端，并留在车中，最终小物块以5 m/s的速度与小车脱离．子弹与车相互作用时间极短．g取10 m/s2.求：
①子弹刚刚射入小车时，小车速度v1的大小；
②小物块脱离小车时，小车速度v1′的大小．
解析：(1)英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数的α粒子偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°，据此，卢瑟福提出了原子的核式结构模型；在很多核反应中，由于有质量的亏损，所以才会有核能的释放；放射性元素衰变的半衰期是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态或化学状态无关；对于每一种金属都有一个极限频率，当入射光的频率小于极限频率时，无论入射光多强，也不会发射光电子．X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，康普顿效应不仅表明了光子具有能量，还表明了光子具有动量．
(2)玻尔原子模型指出原子由低能态向高能态跃迁时，是要吸收光子的，由高能态向低能态跃迁时，是要放出光子的；光子能量与跃迁的能级差有关，能级差越大，辐射光子的能量越高，光电效应越容易发生；如题图所示的量子数为4的激发态的氢原子在向基态跃迁的过程中，产生6种不同能量的光子，除由n＝4能级向n＝3能级跃迁时的光子不能使金属产生光电效应外，其余5种均可．
(3)①子弹进入小车的过程中，子弹与小车组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得：m 0v0＝(m0＋m1)v1，
解得：v1＝8 m/s.
②三物体组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得：
m0v0＝(m0＋m1)v1′＋m2v2，
解得：v1′＝6 m/s.
答案：(1)ADE(2)吸收5(3)①8 m/s②6 m/s。