物理选修3-5全套讲义模块检测2

模块检测(二)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．其中1～6题为单项选择题，7～12题为多项选择题)1．在下列几种现象中，所选系统动量守恒的有()A．原来静止在光滑水平面上的车，从水平方向跳上一个人，以人和车为一系统B．运动员将铅球从肩窝开始加速推出，以运动员和铅球为一系统C．从高空自由落下的重物落在静止于地面上的车厢中，以重物和车厢为一系统D．光滑水平面上放一斜面，斜面也光滑，一个物体沿斜面滑下，以重物和斜面为一系统答案A解析判断动量是否守恒的方法有两种：第一种，从动量守恒的条件判定，动量守恒定律成立的条件是系统受到的合外力为零，故分析系统受到的外力是关键；第二种，从动量的定义判定．B选项叙述的系统，初动量为零，末动量不为零．C选项叙述的系统，末动量为零，而初动量不为零．D选项，在物体沿斜面下滑时，向下的动量增大．2．现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C，那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的．已知eq\o\al(4,2)He的质量为m1，eq\o\al(12,6)C的质量为m2，则下列判断正确的是()A．3m1>m2 B．3m1<C．3m1＝m2 D．m1＝答案A解析由于发生上述核聚变时释放核能，根据爱因斯坦质能方程，可知该反应存在质量亏损，所以3m1>m2，即选项A正确3．铀裂变的产物之一氪90(eq\o\al(90,36)Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(eq\o\al(90,40)Zr)，这些衰变是()A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D．2次α衰变，2次β衰变答案B解析原子核每经过一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．方法一α衰变的次数为n＝eq\f(90－90,4)＝0(次)，β衰变的次数为m＝eq\f(90－90,2)＋40－36＝4(次)．方法二设氪90(eq\o\al(90,36)Kr)经过x次α衰变，y次β衰变后变成锆90(eq\o\al(90,40)Zr)，由衰变前后的质量数、电荷数守恒得4x＋90＝90,2x－y＋40＝36，解得x＝0，y＝4.4．A球的质量为m，B球的质量为2m，它们在光滑的水平面上以相同的动量运动．B在前，A在后，发生正碰后，A球仍朝原方向运动，但其速率是原来的一半，碰后两球的速率比vA′∶vB′为图1A．1∶2B．1∶3C．2∶1D．2答案D解析设碰前A球的速率为vA，根据碰前两球有相同的动量，即mvA＝2mvB，可得碰前B球的速度为vB＝eq\f(vA,2)，碰后vA′＝eq\f(vA,2)，由动量守恒定律，有mvA＋2m×eq\f(vA,2)＝m×eq\f(vA,2)＋2mvB′，解得碰后B球的速率为vB′＝eq\f(3,4)vA，所以eq\f(vA′,vB′)＝eq\f(2,3)，选项D正确．5.如图2所示，两质量分别为m1和m2的弹性小球A、B叠放在一起，从高度为h处自由落下，且h远大于两小球半径，所有的碰撞都是完全弹性碰撞，且都发生在竖直方向．已知m2＝3m1，则小球A反弹后能达到的高度为图2A．h B．2hC．3h D．4h答案D解析两小球下降过程为自由落体运动，触地时两球速度相同，v＝eq\r(2gh)，B球碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等，选A与B碰撞过程进行研究，碰撞前后动量守恒，设碰后A、B速度大小分别为v1、v2，选竖直向上方向为正方向，则m2v－m1v＝m1v1＋m2v2，由能量守恒定律得eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)，且m2＝3m1，联立解得v1＝2v＝2eq\r(2gh)，v2＝0，故小球A反弹后能达到的高度为H＝eq\f(v\o\al(2,1),2g)＝4h，选项D正确．6．如图3所示，质量为mP＝2kg的小球P从离水平面高度为h＝0.8m的光滑斜面上滚下，与静止在光滑水平面上质量为mQ＝2kg的带有轻弹簧的滑块Q碰撞，g＝图3A．P球与滑块Q碰撞前的速度为5B．P球与滑块Q碰撞前的动量为16C．它们碰撞后轻弹簧压缩至最短时的速度为2D．当轻弹簧压缩至最短时其弹性势能为16J答案C解析由机械能守恒定律，mPgh＝eq\f(1,2)mPveq\o\al(2,0)，解得P球与滑块Q碰撞前的速度为v0＝eq\r(2gh)＝4m/s，选项A错误；P球与滑块Q碰撞前的动量为p1＝mPv0＝8kg·m/s，选项B错误；当轻弹簧压缩至最短时，P球与滑块Q速度相等，由动量守恒定律，mPv0＝(mP＋mQ)v，解得碰撞后轻弹簧压缩最短时的速度是v＝2m/s，选项C正确；由能量守恒定律，当轻弹簧压缩至最短时其弹性势能为Ep＝eq\f(1,2)mPveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(mP＋mQ)v2＝8J，选项D错误．7．图4所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)．由图可知()图4A．该金属的极限频率为4.27×1014HzB．该金属的极限频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV答案AC解析根据光电效应方程Ek＝hν－W可知，图线的斜率表示普朗克常量，图线与ν轴的交点对应的频率表示极限频率；Ek—ν图象中ν＝0时对应的Ek的值表示逸出功的负值，易知该金属的逸出功不等于0.5eV.所以选项A、C正确．8.如图5所示，质量为m的小球从距离地面高H的A点由静止开始释放，落到地面上后又陷入泥潭中，由于受到阻力作用到达距地面深度为h的B点时速度减为零．不计空气阻力，重力加速度为g.关于小球下落的整个过程，下列说法中正确的有()图5A．小球的机械能减少了mg(H＋h)B．小球克服阻力做的功为mghC．小球所受阻力的冲量大于meq\r(2gH)D．小球动量的改变量等于所受阻力的冲量答案AC解析在整个过程中，小球机械能的减少量等于其重力势能的减少量为mg(H＋h)，故A对；由动能定理，可推出小球克服阻力做的功为mg(H＋h)，故B错；在陷入泥潭过程中，由动量定理，可推出小球受阻力的冲量大于meq\r(2gH)，故C对；在整个过程中，小球动量的改变量等于所受合力的冲量，故D错．9.钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu衰变时释放巨大能量，如图6所示，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，则()图6A．核反应中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的结合能B．核燃料总是利用平均结合能小的核C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的平均结合能小答案BD解析核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用平均结合能小的核，才能更容易实现，B、D正确；核反应中γ光子的能量是结合能中的一小部分，A错；C项说明eq\o\al(235,92)U的结合能小，C错．10．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，B对；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对，D错．11．以下有关近代物理学内容的若干叙述中正确的有()A．若氢原子核外电子从激发态n＝3跃迁到n＝2时发出的光子刚好能使某金属发生光电效应，则从激发态n＝2跃迁到基态发出的光一定能使该金属发生光电效应B．用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，不可能使氘核分解为一个质子和一个中子C．8g的某放射性元素经两个半衰期后，D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子答案AB解析氢原子核外电子从n＝2跃迁到基态发出光子的能量大于从n＝3跃迁到n＝2发出光子的能量，因此它一定能使该金属发生光电效应，即A对；用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，假若能使氘核分解成为宏观速度为零的质子和中子，但由于此时的质子和中子没有宏观速度，无法离开，受外界影响还会结合成氘核，因此只有能量大于氘核结合能的光子照射时才能分解，即B对；放射性元素发生衰变时会放出射线而演化成新核，此过程中新核并没有离开，辐射的只是射线，因此质量减小非常小，即C错；原子核发生β衰变是核内的一个中子转化成为一个质子同时释放一个电子，并非核外电子失去了，即D错．12．如图7为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有()图7A．电子轨道半径减小，动能也要增大B．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线C．由n＝4跃迁到n＝1时发出光子的频率最小D．金属钾的逸出功为2.21eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条答案AD解析当原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，故A正确；能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，氢原子跃迁时，可发出不连续的光谱线，故B错误；由n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，故C错误；第四能级的氢原子可以放出6条光谱线，其放出的光子能量分别为：E1＝－0.85－(－1.51)＝0.66eV；E2＝－0.85－(－3.40)＝2.55eV、E3＝－0.85－(－13.6)＝12.75eV、E4＝－1.51－(－3.40)＝1.89eV、E5＝－1.51－(－13.6eV)＝12.09eV、E6＝－3.40－(－13.6)＝10.20eV，故大于2.21eV的光谱线有4条，故D正确．二、计算题(本题共1小题，共6分)13．(6分)如图8所示为“探究碰撞中的不变量”的实验装置示意图．图8(1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)的飞行时间相同，所以我们在实验中可以用________作为时间单位．(2)本实验中，实验必须要求的条件是()A．斜槽轨道必须是光滑的B．斜槽轨道末端点的切线是水平的C．入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放D．入射球与被碰球满足ma>mb，ra＝rb(3)图中M、P、N分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是()A．ma·ON＝ma·OP＋mb·OMB．ma·OP＝ma·ON＋mb·OMC．ma·OP＝ma·OM＋mb·OND．ma·OM＝ma·OP＋mb·ON答案(1)平抛时间(2)BCD(3)C解析(1)在此实验装置中两球的飞行时间相同，实验中可用平抛时间作为单位时间，从而变化比较速度大小为比较水平位移的大小．(2)此实验要求两小球平抛，所以应使斜槽末端点的切线是水平的，B对；要求碰撞时入射小球的速度不变，应使入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放即可，C对，A错；为使入射小球不返回且碰撞时为对心正碰，应使ma>mb且ra＝rb，D对．(3)实验中要验证mav1＝mav1′＋mbv2′，取平抛时间为单位时间，则变为maeq\f(OP,t)＝maeq\f(OM,t)＋mbeq\f(ON,t)，即ma·OP＝ma·OM＋mb·ON.三、计算题(本题共4小题，共46分)14．(10分)一粒质量为4×10－4g的尘埃，在空中下落的速度从1m/s增加到3m答案见解析解析速度v1＝1λ1＝eq\f(h,mv1)＝eq\f(6.63×10－34,4×10－4×10－3×1)m≈1.66×10－27m，速度v2＝3λ2＝eq\f(h,mv2)＝eq\f(6.63×10－34,4×10－4×10－3×3)m≈5.5×10－28m.由于波长太短，所以不能通过衍射现象观察到其波动性．15．(10分)以与水平方向成60°角斜向上的初速度v0射出的炮弹，到达最高点时因爆炸分成质量分别为m和2m的两块，其中质量为2m的一块沿着原来的方向以2v0的速度飞行．(1)质量较小的另一块速度的大小和方向；(2)爆炸过程中有多少化学能转化为炮弹的动能？答案(1)2.5v0，方向与爆炸前炮弹运动的方向相反(2)eq\f(27,4)mveq\o\al(2,0)解析(1)斜抛的炮弹在水平方向上做匀速直线运动，则炮弹在最高点爆炸前的速度为v1＝v0cos60°＝eq\f(v0,2)设炮弹在最高点爆炸前的速度方向为正方向，由动量守恒定律得3mv1＝2mv1′＋mv2，又v1′＝2v0解得v2＝－2.5v0，负号表示速度方向与规定的正方向相反．(2)爆炸过程中转化为动能的化学能等于动能的增量，所以转化为动能的化学能为ΔE＝ΔEk＝eq\f(1,2)(2m)v1′2＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)(3m)veq\o\al(2,1)＝eq\f(27,4)mveq\o\al(2,0).16．(12分)如图9所示，质量为M＝9kg的小车B静止在光滑水平面上，小车右端固定一轻质弹簧，质量m＝0.9kg的木块A(可视为质点)靠着弹簧放置并处于静止状态，A与弹簧不拴接，弹簧处于原长状态．木块A右侧车表面光滑，木块A左侧车表面粗糙，动摩擦因数μ＝0.75.一颗质量m0＝0.1kg的子弹以v0＝100m/s的初速度水平向右飞来，瞬间击中木块并留在其中．如果最后木块A刚好不从小车左端掉下来，求小车最后的速度及最初木块A到小车左端的距离图9答案1m/s解析全程整体动量守恒，有m0v0＝(M＋m＋m0)v1解得v1＝1子弹打木块的瞬间，对子弹和木块，有m0v0＝(m＋m0)v2解得v2＝10根据能量守恒，有eq\f(1,2)(m＋m0)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)(M＋m＋m0)veq\o\al(2,1)＝μ(m＋m0)gL解得L＝617．(14分)已知氢原子基