2017-2018学年教科版高中物理选修3-5模块检测(一)

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4分，共40分)1．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．2．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．3．关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是 ( )A ．利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径B ．利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径C ．原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验D ．处于激发态的氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将增大 答案 AD解析 核外电子对粒子几乎没有什么阻挡作用，故无法估算核外电子的运动半径，选项B 错误；玻尔的氢原子模型很好地解释了氢原子光谱的实验，选项C 错误，A 、D 对． 4．秦山核电站第三期工程的两个6105kW 发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于23592U 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23592U 的体积来控制的 B.23592U 的一种可能的裂变是23592U ＋10n →13954Xe ＋9538Sr ＋210n C.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23592U 裂变能放出200 MeV 的能量，合3.210－11J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；23592U 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． 5. 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，E 1是基态，E 2是亚稳态，E 3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E 3，然后自发地跃迁到E 2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E 2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( ) A.λ1λ2λ2－λ1 B.λ1λ2λ1－λ2C.λ1－λ2λ1λ2D.λ2－λ1λ1λ2答案A图1解析 由题意知E 3－E 1＝h cλ1① E 3－E 2＝hcλ2②E 2－E 1＝h cλ③由①②③式解得λ＝λ1λ2λ2－λ1，故A 选项正确．6．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23490Th ，衰变成镤核23491Pa ，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23490Th ―→23491Pa ＋ 0－1e ，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 ＝kQqmr 2，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．7．(2018·江西吉安高二期末)2018年，日本发生9级地震，福岛第一核电站严重受损，大量放射性铯13755Cs 和碘13153I 进入大气和海水，造成对空气和海水的放射性污染．下列说法正确的是( )A ．核反应堆中的核废料不再具有放射性，对环境不会造成影响B ．铀核裂变的一种可能核反应是23592U ―→13755Cs ＋9637Rb ＋210n C ．放射性碘13153I 发生β衰变的核反应方程为13153I ―→13154Xe ＋ 0－1eD.23592U 裂变形式有多种，每种裂变产物不同，质量亏损不同，但释放的核能 相同 答案 C8. 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2( ) A.m （L ＋d ）d B.m （L －d ）d C.mL dD.m （L ＋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ms 人t ＝M d t ，又s 人＝L －d ，得M ＝m （L －d ）d. 9. 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 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( ) A ．两滑块的动能之比E k A ∶E k B ＝1∶2 B ．两滑块的动量大小之比p A ∶p B ＝2∶1 C ．两滑块的速度大小之比v A ∶v B ＝2∶1 D ．弹簧对两滑块做功之比W A ∶W B ＝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；m A v A ＝m B v B ，故v A ∶v B ＝m B ∶m A ＝1∶2，C 项错误；由E k ＝p 22m 得E k A ∶E k B ＝m B m A ＝12，A 项正确；由W ＝ΔE k知W A ∶W B ＝E k A ∶E k B ＝1∶2，D 项错误．10．静止的氡核22286Rn 放出α粒子后变为钋核21884Po ，α粒子动能为E α.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.4218·E αc 2 B ．0 C.222218·E αc 2D.218222·E αc2 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E k ＝p 22m ∝1m，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是222218·E α，由质能方程得质量亏损是222218·E αc2.图3二、填空题(本题共3小题，共18分)11．(6分)(2018·浙江高考)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2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为________eV.(电子电量e＝1.6010－19 C，普朗克常量h＝6.6310－34 J·s)图4答案 6.210140.30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＝－0.85 eV －(－3.40 eV)＝2.55 eV，由hν＝E解得光子的频率ν＝6.21014Hz.用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光电效应方程知，产生光电子的最大初动能为E k＝hν－W＝(2.55－2.25)eV＝0.30 eV.12．(6分)人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．①_______________________________________________________________；②________________________________________________________________.(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，图5为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途．________________________________________________________________.图5答案(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律查德威克发现了中子(2)2为γ射线，利用γ射线的贯穿本领，工业用来探伤解析(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型(或其他成就)．玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律(或其他成就)．查德威克发现了中子(或其他成就)．(2)1为α射线；利用α射线的电离作用消除有害静电．或：2为γ射线；利用γ射线很强的贯穿本领，工业用来探伤．或：3为β射线；利用β射线自动控制铝板厚度．13．(6分)如图6所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放电器、电磁继电器等几部分组成．图6(1)示意图中，a端应是电源________极．(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时，________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列________说法正确．A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大答案(1)正(2)阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化，将衔铁N吸住．无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M(3)B三、计算题(共4小题，共42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) 14．(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7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7答案(1)6种(2)2.55 eV (3)铯；0.65 eV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＝2.55 eV(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E km＝E－W0代入数据得，E km＝0.65 eV(或1.010－19J)15．(10分)(2018·江苏卷)牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载，A、B两个玻璃球相碰，碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15∶16.分离速度是指碰撞后B对A的速度，接近速度是指碰撞前A对B的速度．若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v 0碰撞质量为m 的静止玻璃球B ，且为对心碰撞，求碰撞后A 、B 的速度大小． 答案1748v 0 3124v 0 解析 设A 、B 球碰撞后速度分别为v 1和v 2 由动量守恒定律2mv 0＝2mv 1＋mv 2， 且由题意知v 2－v 1v 0＝1516解得v 1＝1748v 0，v 2＝3124v 016. (10分)40 kg 的女孩骑自行车带30 kg 的男孩(如图8所示)，行驶速度2.5 m/s.自行车行驶时，男孩要从车上跳下来．(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)4 m/s(3)250 J 400 J 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150 J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： (m 1＋m 2＋m 3)v 0＝(m 1＋m 2)v得v ＝4 m/s(m 1表示女孩质量，m 2表示自行车质量，m 3表示男孩质量) (3)男孩跳下车前系统的动能E k1＝12(m 1＋m 2＋m 3)v 20＝12(40＋10＋30)(2.5)2J＝250 J男孩跳下车后系统的动能图8E k2＝12(m 1＋m 2)v 2＝12(40＋10)42 J ＝400 J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150 J. 17．(12分)2009年12月28日，山东海阳核电站一期工程举行开工仪式．工程规划建设两台125万千瓦的AP1000三代核电机组．如果铀235在中子的轰击下裂变为9038Sr 和13654Xe ，质量m U ＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m Sr ＝89.907 7 u ，m Xe ＝135.907 2 u. (1)写出裂变方程；(2)求出一个铀核裂变放出的能量；(3)若铀矿石的浓度为3 %，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？ 答案 (1)23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13654Xe ＋1010n (2)140.3 MeV (3)45.7 t解析 (2)裂变过程的质量亏损Δm ＝m U ＋m n －m Sr －m Xe －10m n ＝0.150 7 u ， 释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝0.150 7931 MeV ≈140.3 MeV.(3)核电站一年的发电量E ＝Pt ＝2125107365246060 J ＝7.8841016J ， 由E ＝N ΔE ＝m ·3 %MN A ΔE ， 得m ＝EM3 %·N A ΔE＝7.884×1016×2353 %×6.02×1023×140.3×106×1.6×10－19 g ≈4.57107g ＝45.7 t.。