物理选修3-5教科版全套讲义模块检测1

模块检测(一)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．其中1～6题为单项选择题，7～10题为多项选择题)1．关于近代物理，下列说法正确的是()A．α射线是高速运动的氦原子B．核聚变反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，eq\o\al(1,0)n表示质子C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征答案D解析α射线是高速运动的氦原子核，A错误；eq\o\al(1,0)n为中子，B错误；光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，D正确．2．红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级图如图1所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3，然后自发地跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为()图1A.eq\f(λ1λ2,λ2－λ1)B.eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C.eq\f(λ1－λ2,λ1λ2)D.eq\f(λ2－λ1,λ1λ2)答案A解析由题意知E3－E1＝heq\f(c,λ1)①E3－E2＝heq\f(c,λ2)②E2－E1＝heq\f(c,λ)③由①②③式解得λ＝eq\f(λ1λ2,λ2－λ1)，故A选项正确．3．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数答案D解析解答本题时要把握以下几点：(1)半衰期的长短代表了衰变的慢快．(2)光子能量大小由频率高低决定．(3)同位素的核电荷数相同．β射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A错误；γ射线的频率大于可见光的频率，根据E＝hν可知，γ射线光子能量大于可见光光子能量，B错误；半衰期越短，衰变越快，C错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D正确．4．如图2所示，有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右)．一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量．他进行了如下操作：首先将船平行于码头自由停泊，轻轻从船尾上船，走到船头停下，而后轻轻下船．用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L.已知他的自身质量为m，渔船的质量为()图2A.eq\f(mL＋d,d) B.eq\f(mL－d,d)C.eq\f(mL,d) D.eq\f(mL＋d,L)答案B解析设该同学在t时间内从船尾走到船头，由动量守恒定律知，人、船在该时间内的平均动量大小相等，即meq\f(s人,t)＝Meq\f(d,t)，又s人＝L－d，得M＝eq\f(mL－d,d).5．如图3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()图3A．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＝eq\f(mB,mA)＝eq\f(1,2)，A项正确；由W＝ΔEk知WA∶WB＝EkA∶EkB＝1∶2，D项错误．6．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).7．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是()A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病答案ABD解析利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线贯穿能力强的特点，因此C选项不属于示踪原子的应用，A、B、D都是作为示踪原子，故A、B、D正确．8．下列说法正确的是()A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长答案AC解析爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故C正确；德布罗意波长公式为：λ＝eq\f(h,p)，其中p为微粒的动量，故动量越大，其对应的波长就越短，故选项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,)92U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,)92U的体积来控制的B.eq\o\al(235,)92U的一种可能的裂变是eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,)54Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,)92U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,)92U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,)92U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．二、填空题(本题共2小题，共10分)11．(5分)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图4所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出频率为________Hz的光子．用该频率的光照射逸出功为2.25eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为________eV.(电子电量e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34图4答案6.2×10140.30解析氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，由hν＝E解得光子的频率ν＝6.2×1014Hz.用此光照射逸出功为2.25eV的钾时，由光电效应方程知，产生光电子的最大初动能为Ek＝hν－W＝(2.55－2.25)eV＝0.30eV.12．(5分)若在做“验证动量守恒定律”的实验中，称得入射小球Ⅰ的质量m1＝15g，被碰小球Ⅱ的质量m2＝10g，由实验得出它们在碰撞前后的位移—时间图线如图5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5答案1500750750两小球碰撞前后的动量守恒解析由题图知碰前p1＝m1v1＝m1eq\f(Δx1,Δt1)＝1500g·cm/s，碰后p1′＝m1eq\f(Δx1′,Δt1′)＝750g·cm/s，p2′＝m2eq\f(Δx2′,Δt2′)＝750g·cm/s.由此可得出的结论是两小球碰撞前后的动量守恒．三、计算题(共4小题，共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13．(8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6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6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)质量为M的小车置于光滑水平面上，小车的上表面由光滑的eq\f(1,4)圆弧和光滑平面组成，弧半径为R，车的右端固定一轻弹簧，如图7所示．现将一质量为m的滑块从圆弧最高处无初速度下滑，与弹簧相接触并压缩弹簧．求：图7(1)弹簧具有的最大弹性势能Ep；(2)当滑块与弹簧分离时小车的速度v.答案(1)mgR(2)eq\r(\f(2m2gR,MM＋m))解析(1)滑块与小车相互作用过程中水平方向动量守恒，系统水平方向的总动量始终为0，滑块压缩弹簧后，当二者速度相等时，弹簧弹性势能最大，由水平方向上系统动量守恒得，此时滑块与小车速度均为0，由机械能守恒定律得，弹簧的最大弹性势能Ep＝mgR(2)当滑块与弹簧分离时，由系统动量守恒得，mv′＝Mv由机械能守恒定律得：mgR＝eq\f(1,2)mv′2＋eq\f(1,2)Mv2解得小车的速度v＝eq\r(\f(2m2gR,MM＋m))15．(10分)40kg的女孩骑自行车带30kg的男孩(如图8所示)，行驶速度2.5m/s.自行车行驶时，男孩要从车上跳下来．图8(1)他知道如果直接跳下来，他可能会摔跤，为什么？(2)男孩安全跳下车且速度为零，计算男孩安全跳下车的瞬间，女孩和自行车的速度；(3)计算自行车与两个孩子，在男孩跳下车前后整个系统的动能的值．如有不同，请解释．答案(1)由于惯性(2)4m/s(3)250J400J男孩跳下车时用力向前推自行车，对系统做了正功，使系统的动能增加了150J解析(1)如果直接跳下来，人具有和自行车相同的速度，脚着地后，脚的速度为零，由于惯性，上身继续向前倾斜，因此他可能会摔跤．所以他下来时用力往前推自行车，这样他下车时可能不摔跤．(2)男孩跳下车前后，对整体由动量守恒定律有：(m1＋m2＋m3)v0＝(m1＋m2)v得v＝4m/s(m1表示女孩质量，m2表示自行车质量，m3表示男孩质量)(3)男孩跳下车前系统的动能Ek1＝eq\f(1,2)(m1＋m2＋m3)veq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)(40＋10＋30)×(2.5)2J＝250J男孩跳下车后系统的动能Ek2＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝eq\f(1,2)(40＋10)×42J＝400J男孩跳下车