高中物理模块综合水平测试（含解析）新人教版选修3-

模块综合水平测试本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．人从高处跳到低处时，为了安全，一般都是让脚尖先着地，这样做是为了()A．减小冲量B．减小动量的变化量C．延长与地面的作用时间，从而减小冲力D．增大人对地面的压强，起到安全作用答案C解析人从高处落下，着地瞬间动量为p，最后减为零，让脚尖先着地，并未改变动量的变化量，而是为了延长和地面的作用时间来减小冲力大小，故C正确。2．太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是()A．31H＋21H→42He＋10nB.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He答案A解析太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应；C项中为重核裂变；D项中为α衰变，均不属聚变反应。故B、C、D不正确。3．质量为m的人站在质量为2m的平板车上，以共同的速度在水平地面上沿直线前行，车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比。当车速为v0时，人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后跳下。跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计，则能正确表示车运动的v­t答案B解析人和平板车以共同的速度在水平地面上沿直线前行，做匀减速直线运动，当车速为v0时，人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后跳下，跳离前后瞬间系统动量守恒，规定车的速度方向为正方向，则有(m＋2m)v0＝2mv＋(－mv0)，得v＝2v0，人跳车后车做匀减速直线运动，车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比，所以人跳车前后车的加速度不变，大小相等，所以能正确表示车运动的v­t图象在碰撞前后v­t4．如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中只有一种能使某金属产生光电效应。以下判断不正确的是()A．该光子一定是氢原子从激发态n＝3跃迁到基态时辐射的光子B．该光子可能是氢原子从激发态n＝2跃迁到基态时辐射的光子C．若氢原子从激发态n＝4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应D．若大量氢原子从激发态n＝4跃迁到低能级，则会有2种光子使该金属产生光电效应答案B解析处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，所辐射的光子中只有一种能使金属发生光电效应，那么这个光子的能量hν＝E3－E1，故A正确，B错误。那么处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，能量为E4－E1和E3－E1的两种光子能使该金属发生光电效应，故C、D正确。5．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长B．频率C．能量D．动量答案A解析两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W0＝hν0可知截止频率大的，逸出功也大。由Ek＝hν－W0可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p＝eq\r(2mEk)知，其动量也较小，根据物质波p＝eq\f(h,λ)知，其波长较长。6．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm。已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96eV的两个能级之间跃迁产生的，用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为()A．10.50eVB．0.98eVC．0.53eVD．0.36eV答案D解析由跃迁公式得ΔE1＝eq\f(hc,λ1)，ΔE2＝eq\f(hc,λ2)，联立可得ΔE2＝eq\f(λ1,λ2)ΔE1＝0.36eV，D正确。7．下列说法不正确的是()A．原子序数大于或等于83的元素具有放射性B．卢瑟福根据α粒子散射实验得到了原子是核式结构的结论C．用某种单色光照射铝板发生光电效应，其遏止电压与入射光的频率成正比D．比结合能越大的原子核，结合能一定越大，但是原子核越稳定，核子的平均质量一定越小答案CD解析原子序数大于或等于83的元素具有放射性，A正确。卢瑟福根据α粒子散射实验得到了原子是核式结构的结论，B正确。用某单色光照射铝板发生光电效应，光电效应方程为Ek＝hν－W0，遏止电压与Ek的关系为eU＝Ek，则eU＝hν－W0，则U与ν是一次函数关系，不是正比关系，C错误。比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但原子核越稳定，核子的平均质量一定越小，D错误。8．由于放射性元素eq\o\al(237,93)Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知eq\o\al(237,93)Np经过一系列α衰变和β衰变后变成eq\o\al(209,83)Bi，下列论断中正确的是()A.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少28个中子B.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18个中子C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变答案BC解析eq\o\al(209,83)Bi的中子数为209－83＝126，eq\o\al(237,93)Np的中子数为237－93＝144，eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18个中子，A错误，B正确；衰变过程中共发生了α衰变的次数为eq\f(237－209,4)＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C正确，D错误。9．某实验室工作人员，用初速度为v0＝c(c为真空中的光速)的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核eq\o\al(23,11)Na，产生了质子。若某次碰撞可看做对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m。则()A．该核反应的方程是：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋11HB．该核反应的方程是：42He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋11nC．质子的速度约为cD．质子的速度为c答案AC解析由质量数守恒和核电荷数守恒得：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H，A正确。又因α粒子、新核的质量分别为4m、26m，质子的速率为v，因为质子与钠原子核发生对心正碰，由动量守恒定律得：4mv0＝26m·eq\f(v,10)－mv，解得：v≈c，C正确。10．如图所示，在光滑的水平面上放着质量分别为m和2m的A、B两个物块，现用外力缓慢向左推B使弹簧压缩，此过程中推力做功为WA．从开始到A离开墙面的过程中，墙对A的冲量为0B．当A离开墙面时，B的动量大小为eq\r(2mW)C．A离开墙面后，A的最大速度为eq\f(4,3)eq\r(\f(W,m))D．A离开墙面后，弹簧的最大弹性势能为eq\f(W,3)答案CD解析在撤去外力时，A受墙壁的作用力，故墙对A的冲量不为零，A错误；撤去力后，B向右运动，弹簧的弹力逐渐减小，当弹簧恢复原长时，A开始离开墙面，这一过程机械能守恒，有W＝eq\f(1,2)(2m)v2B，即vB＝eq\r(\f(W,m))，故B的动量为p＝2mvB＝2eq\r(mW)，B错误；A脱离墙面后速度逐渐增大，B的速度逐渐减小，此过程中弹簧逐渐伸长，当A、B的速度相同时，弹簧的弹性势能最大，这一过程中系统的动量和机械能均守恒，由动量守恒定律可得2mvB＝(m＋2m)v，由机械能守恒定律可得Epmax＝eq\f(1,2)(2m)veq\o\al(2,)B－eq\f(1,2)(m＋2m)v2，解得Epmax＝eq\f(W,3)，D正确；此后A的速度大于B的速度，弹簧长度开始缩短，但由于A受到的弹力与速度方向仍相同，A继续加速，当弹簧再次恢复原长时，A的速度最大，之后弹簧变为压缩状态，A的速度开始减小。对弹簧第一次恢复原长(A开始离开墙面)到弹簧第二次恢复原长的过程，由动量守恒定律有2mvB＝mvAmax＋2mvB′，由机械能守恒定律可得eq\f(1,2)(2m)veq\o\al(2,)B＝eq\f(1,2)mv2Amax＋eq\f(1,2)(2m)vB′2，解得vAmax＝eq\f(4,3)vB，即vAmax＝eq\f(4,3)eq\r(\f(W,m))，C正确。第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空和实验题(本题共3小题，共16分)11．(6分)某实验小组利用如图1所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下：(1)用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数均如图2所示，则直径d＝________mm，用天平测得球A、B的质量分别为m1、m2。(2)用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好相切。(3)将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。(4)若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为__________________________。(用测量的物理量表示)答案(4)m1eq\r(1－cosα)＝m2eq\r(1－cosθ2)－m1eq\r(1－cosθ1)解析(1)直径d＝22mm＋0.1×0mm＝22.0mm。(2)设悬线长度为L，则A球到达最低点时的速度大小为v＝eq\r(2gL1－cosα)；碰后A球的速度大小为v1＝eq\r(2gL1－cosθ1)；碰后B球的速度大小为v2＝eq\r(2gL1－cosθ2)；若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为m1v＝m2v2－m1v1，即m1eq\r(2gL1－cosα)＝m2eq\r(2gL1－cosθ2)－m1eq\r(2gL1－cosθ1)，整理得m1eq\r(1－cosα)＝m2eq\r(1－cosθ2)－m1eq\r(1－cosθ1)。12．(6分)如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简易实验原理图，两块平行板相距为d，其中N为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计G的指针偏转，若调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零。切断开关S，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零，当磁感应强度为B时，电流恰为零。试求光电子的比荷eq\f(e,m)＝________。答案eq\f(8U,B2d2)解析当电压表的示数为U时，光电流恰好为零，可知，光电子的最大初动能为eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eU①断开开关，在MN之间加一垂直纸面的磁场，随B的增大，也能使光电流为零，最大初动能的光电子做圆周运动的直径为板间距d，则Bev0＝eq\f(2mv\o\al(2,0),d)②由①②解得eq\f(e,m)＝eq\f(8U,B2d2)。13．(4分)一个铀235核裂变时释放出196MeV的能量，则1kg铀235完全裂变时所放出的能量为________J，它相当于________t优质煤完全燃烧时放出的能量。(煤的热值为3.36×106J/kg)答案8.03×10132.4×104解析1kg铀235完全裂变时所释放的能量为eq\f(1×103,235)×6.02×1023×196×106×1.6×10－19J≈8.03×1013J。相当于优质煤的质量为eq\f(8.03×1013,3.36×106)kg≈2.4×107kg＝2.4×104t。三、计算题(本题共4小题，共44分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)14．(8分)用频率为ν的光照射某光电管，发射的光电子的最大初动能为E，若改用频率为2ν的光照射该光电管，则发射的光电子的最大初动能是多少？答案hν＋E解析设光电管的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程得：E＝hν－W0E′＝2hν－W0解方程组得：E′＝hν＋E。15．(10分)静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(42He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同(设核子质量为1.67×10－27kg(1)写出此核反应的方程式；(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；(3)此反应过程中是否发生了质量亏损？并说明依据。答案(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H(2)8.1×106(3)因为反应后粒子的总动能大于反应前粒子的总动能，故可知反应中发生了质量亏损。解析(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H。(2)用m1、m2和m3分别表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)的质量，设速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3代入数值，得v3＝－8.1×106即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106方向与反应前中子的速度方向相反。(3)反应前的总动能E1＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)×1×1.67×10－27×(7.7×106)2J≈4.95×10－14J反应后的总动能E2＝eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)＋eq\f(1,2)m3veq\o\al(2,3)＝eq\f(1,2)×(4×1.67×10－272×1012＋3×1.67×10－272×1012)J≈3.78×10－13J因为E2>E1，故可知反应中发生了质量亏损。16．(12分)如图所示，质量为m2和m3的物体静止放在光滑水平面上，两者之间有压缩着的弹簧(与m2、m3不拴接)。质量为m1的物体以速度v0向右冲来，为了防止冲撞，释放弹簧