物理选修3-5全套讲义模块检测1

模块检测(一)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．其中1～6题为单项选择题，7～12题为多项选择题)1．静止的氡核eq\o\al(222,86)Rn放出α粒子后变为钋核eq\o\al(218,84)Po，α粒子动能为Eα.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.eq\f(4,218)·eq\f(Eα,c2) B．0C.eq\f(222,218)·eq\f(Eα,c2) D.eq\f(218,222)·eq\f(Eα,c2)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Ek＝eq\f(p2,2m)∝eq\f(1,m)，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是eq\f(222,218)·Eα，由质能方程得质量亏损是eq\f(222,218)·eq\f(Eα,c2).2．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程式为γ＋D→p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()A.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]B.eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2＋E]C.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]D.eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2－E]答案C解析据能量守恒可知：E＋Δmc2＝2Ek，得：Ek＝eq\f(1,2)(E＋Δmc2)，即Ek＝eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]，故C正确．3．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光波的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果，下列认识正确的是()A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点可以预测C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方答案D解析曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，选项A错误；单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，故选项C错误，选项D正确．4．对爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，下面各种理解正确的是()A．用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都会具有同样的初动能EkmB．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W0＝hν0D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比答案C解析爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W中的W表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值，对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的，其他光电子的初动能都小于这个值，故A、B错误；若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W＝hν0，C对；由Ekm＝hν－W可知Ekm和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系，D错．5.如图1所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是()图1A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应答案D解析这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20eV>6.34eV，所以照射金属铂能发生光电效应，选项D正确．6.如图2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，下述说法正确的是图2A．两滑块的动能之比EkA∶EkB＝1∶2B．两滑块的动量大小之比pA∶pB＝2∶1C．两滑块的速度大小之比vA∶vB＝2∶1D．弹簧对两滑块做功之比WA∶WB＝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；mAvA＝mBvB，故vA∶vB＝mB∶mA＝1∶2，C项错误；由Ek＝eq\f(p2,2m)得EkA∶EkB＝mB∶mA＝1∶2，A项正确；由W＝ΔEk知WA∶WB＝EkA∶EkB＝1∶2，D项错误．7．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性．8．通过百余年核物理的发展和进步，人们已经对原子核有了更进一步的认识，下列说法正确的是()A．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量C．比结合能越大，原子核越稳定D．轻核聚变释放能量，可能没有质量亏损答案BC解析当两个质子相距很近时，核力大于库仑力，而当大于一定距离时，核力小于库仑力，选项A错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量，选项B正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项C正确；轻核聚变释放能量，一定有质量亏损，选项D错误．9．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电.发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节eq\o\al(235,92)U的体积来控制的B.eq\o\al(235,92)U的一种可能的裂变是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J答案BD解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；eq\o\al(235,92)U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确．10．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eq\o\al(234,90)Th，衰变成镤核eq\o\al(234,91)Pa，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．平均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eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e，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＝eq\f(kQq,mr2)，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．11．下列说法正确的是()A．光电效应现象说明光具有粒子性B．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说C．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象D．运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越长答案AB解析光电效应现象说明光是一份一份的，即光具有粒子性，选项A正确；普朗克研究黑体辐射时提出了能量子假说，选项B正确；玻尔的量子理论只是轨道的量子化，认为轨道的能量不是连续的，没有解释各种原子的发光现象，选项C错误；物质波的波长与运动物体的动量有关，动量越大波长越短，选项D错误．12.光滑水平面上有一静止木块，质量为m的子弹水平射入木块后未穿出，子弹与木块运动的速度图象如图3所示．由此可知()图3A．木块质量可能是2B．子弹进入木块的深度为eq\f(v0t0,2)C．木块所受子弹的冲量为eq\f(1,2)mv0D．子弹射入木块过程中产生的内能为eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)答案BC解析设木块质量为M，由动量守恒定律，mv0＝(m＋M)eq\f(v0,2)，解得M＝m，选项A错误；根据速度—时间图线与坐标轴围成的面积表示位移可知，子弹进入木块的深度为d＝v0t0·eq\f(1,2)＝eq\f(v0t0,2)，选项B正确；由动量定理，木块所受子弹的冲量为I＝Meq\f(v0,2)＝eq\f(mv0,2)，选项C正确；由能量守恒定律，子弹射入木块过程中产生的内能为ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(m＋M)(eq\f(v0,2))2＝eq\f(1,4)mveq\o\al(2,0)，选项D错误．二、计算题(共4小题，共40分．)13．(10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4所示，则：(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大？图4金属铯钙镁钛逸出功W/eV1.92.73.74.1答案(1)6种(2)2.55eV(3)铯0.65eV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＝E4－E2，代入数据得E＝2.55eV.(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Ekm＝E－W0代入数据得，Ekm＝0.65eV(或1.0×10－19J)．14．(10分)如图5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v0水平向右射入木块，穿出木块时速度变为eq\f(2,5)v0，已知木块的长为L，设子弹在木块中的阻力恒定．试求：图5(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.答案(1)eq\f(v0,5)(2)eq\f(5L,3v0)解析(1)子弹与木块相互作用过程，满足动量守恒定律，则mv0＝m×eq\f(2,5)v0＋3mv解得v＝eq\f(v0,5)(2)对子弹和木块组成的系统，由功能关系，有fL＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)m(eq\f(2,5)v0)2－eq\f(1,2)×3mv2解得f＝eq\f(9mv\o\al(2,0),25L)对木块，根据动量定理，有ft＝3mv解得t＝eq\f(5L,3v0).15．(10分)如图6所示，一质量为2m的L形长木板静止在光滑水平面上．木板右端竖直部分内侧有黏性物质，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v0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形长木板右端竖直部分相碰时，速度减为eq\f(v0,2)，碰后即粘在一起，求：图6(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形长木板右端竖直部分相碰过程中，长木板受到的冲量大小．答案(1)eq\f(v0,2μg)eq\f(v\o\al(2,0),16μg)(2)eq\f(mv0,6)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＝meq\f(v0,2)－mv0解得t＝eq\f(v0,2μg)物块与L形长木板右端竖直部分相碰前系统动量守恒：mv0＝meq\f(v0,2)＋2mv1解得v1＝eq\f(v0,4)由动能定理得μmgs＝eq\f(1,2)×2mveq\o\al(2,1)解得s＝eq\f(v\o\al(2,0),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：mv0＝3mv2解得v2＝eq\f(v0,3)对长木板由动量定理得I＝2mv2－2