物理選修3-5全套講義模塊檢測2

模塊檢測(二)(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分．其中1～6題為單項選擇題，7～12題為多項選擇題)1．在下列幾種現(xiàn)象中，所選系統(tǒng)動量守恒的有()A．原來靜止在光滑水平面上的車，從水平方向跳上一個人，以人和車為一系統(tǒng)B．運動員將鉛球從肩窩開始加速推出，以運動員和鉛球為一系統(tǒng)C．從高空自由落下的重物落在靜止于地面上的車廂中，以重物和車廂為一系統(tǒng)D．光滑水平面上放一斜面，斜面也光滑，一個物體沿斜面滑下，以重物和斜面為一系統(tǒng)答案A解析判斷動量是否守恒的方法有兩種：第一種，從動量守恒的條件判定，動量守恒定律成立的條件是系統(tǒng)受到的合外力為零，故分析系統(tǒng)受到的外力是關鍵；第二種，從動量的定義判定．B選項敘述的系統(tǒng)，初動量為零，末動量不為零．C選項敘述的系統(tǒng)，末動量為零，而初動量不為零．D選項，在物體沿斜面下滑時，向下的動量增大．2．現(xiàn)在太陽向外輻射的能量是由于太陽內(nèi)部氫核聚變產(chǎn)生的，大約在40億年以后太陽內(nèi)部將會啟動另一種核反應，其核反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C，那時太陽向外輻射的能量是由上述兩種核反應產(chǎn)生的．已知eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為m1，eq\o\al(12,6)C的質(zhì)量為m2，則下列判斷正確的是()A．3m1>m2 B．3m1<C．3m1＝m2 D．m1＝答案A解析由于發(fā)生上述核聚變時釋放核能，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，可知該反應存在質(zhì)量虧損，所以3m1>m2，即選項A正確3．鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90(eq\o\al(90,36)Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(eq\o\al(90,40)Zr)，這些衰變是()A．1次α衰變，6次β衰變B．4次β衰變C．2次α衰變D．2次α衰變，2次β衰變答案B解析原子核每經(jīng)過一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2；每經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．方法一α衰變的次數(shù)為n＝eq\f(90－90,4)＝0(次)，β衰變的次數(shù)為m＝eq\f(90－90,2)＋40－36＝4(次)．方法二設氪90(eq\o\al(90,36)Kr)經(jīng)過x次α衰變，y次β衰變后變成鋯90(eq\o\al(90,40)Zr)，由衰變前后的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得4x＋90＝90,2x－y＋40＝36，解得x＝0，y＝4.4．A球的質(zhì)量為m，B球的質(zhì)量為2m，它們在光滑的水平面上以相同的動量運動．B在前，A在后，發(fā)生正碰后，A球仍朝原方向運動，但其速率是原來的一半，碰后兩球的速率比vA′∶vB′為圖1A．1∶2B．1∶3C．2∶1D．2答案D解析設碰前A球的速率為vA，根據(jù)碰前兩球有相同的動量，即mvA＝2mvB，可得碰前B球的速度為vB＝eq\f(vA,2)，碰后vA′＝eq\f(vA,2)，由動量守恒定律，有mvA＋2m×eq\f(vA,2)＝m×eq\f(vA,2)＋2mvB′，解得碰后B球的速率為vB′＝eq\f(3,4)vA，所以eq\f(vA′,vB′)＝eq\f(2,3)，選項D正確．5.如圖2所示，兩質(zhì)量分別為m1和m2的彈性小球A、B疊放在一起，從高度為h處自由落下，且h遠大于兩小球半徑，所有的碰撞都是完全彈性碰撞，且都發(fā)生在豎直方向．已知m2＝3m1，則小球A反彈后能達到的高度為圖2A．h B．2hC．3h D．4h答案D解析兩小球下降過程為自由落體運動，觸地時兩球速度相同，v＝eq\r(2gh)，B球碰撞地之后，速度瞬間反向，大小相等，選A與B碰撞過程進行研究，碰撞前后動量守恒，設碰后A、B速度大小分別為v1、v2，選豎直向上方向為正方向，則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，聯(lián)立解得v1＝2v＝2eq\r(2gh)，v2＝0，故小球A反彈后能達到的高度為H＝eq\f(v\o\al(2,1),2g)＝4h，選項D正確．6．如圖3所示，質(zhì)量為mP＝2kg的小球P從離水平面高度為h＝0.8m的光滑斜面上滾下，與靜止在光滑水平面上質(zhì)量為mQ＝2kg的帶有輕彈簧的滑塊Q碰撞，g＝圖3A．P球與滑塊Q碰撞前的速度為5B．P球與滑塊Q碰撞前的動量為16C．它們碰撞后輕彈簧壓縮至最短時的速度為2D．當輕彈簧壓縮至最短時其彈性勢能為16J答案C解析由機械能守恒定律，mPgh＝eq\f(1,2)mPveq\o\al(2,0)，解得P球與滑塊Q碰撞前的速度為v0＝eq\r(2gh)＝4m/s，選項A錯誤；P球與滑塊Q碰撞前的動量為p1＝mPv0＝8kg·m/s，選項B錯誤；當輕彈簧壓縮至最短時，P球與滑塊Q速度相等，由動量守恒定律，mPv0＝(mP＋mQ)v，解得碰撞后輕彈簧壓縮最短時的速度是v＝2m/s，選項C正確；由能量守恒定律，當輕彈簧壓縮至最短時其彈性勢能為Ep＝eq\f(1,2)mPveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(mP＋mQ)v2＝8J，選項D錯誤．7．圖4所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸的交點坐標為0.5)．由圖可知()圖4A．該金屬的極限頻率為4.27×1014HzB．該金屬的極限頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV答案AC解析根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W可知，圖線的斜率表示普朗克常量，圖線與ν軸的交點對應的頻率表示極限頻率；Ek—ν圖象中ν＝0時對應的Ek的值表示逸出功的負值，易知該金屬的逸出功不等于0.5eV.所以選項A、C正確．8.如圖5所示，質(zhì)量為m的小球從距離地面高H的A點由靜止開始釋放，落到地面上后又陷入泥潭中，由于受到阻力作用到達距地面深度為h的B點時速度減為零．不計空氣阻力，重力加速度為g.關于小球下落的整個過程，下列說法中正確的有()圖5A．小球的機械能減少了mg(H＋h)B．小球克服阻力做的功為mghC．小球所受阻力的沖量大于meq\r(2gH)D．小球動量的改變量等于所受阻力的沖量答案AC解析在整個過程中，小球機械能的減少量等于其重力勢能的減少量為mg(H＋h)，故A對；由動能定理，可推出小球克服阻力做的功為mg(H＋h)，故B錯；在陷入泥潭過程中，由動量定理，可推出小球受阻力的沖量大于meq\r(2gH)，故C對；在整個過程中，小球動量的改變量等于所受合力的沖量，故D錯．9.钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時釋放巨大能量，如圖6所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則()圖6A．核反應中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能B．核燃料總是利用平均結(jié)合能小的核C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能大D．由于衰變時釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的平均結(jié)合能小答案BD解析核燃料在衰變過程中要釋放巨大能量，所以總是要利用平均結(jié)合能小的核，才能更容易實現(xiàn)，B、D正確；核反應中γ光子的能量是結(jié)合能中的一小部分，A錯；C項說明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能小，C錯．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發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)．已知eq\o\al(237,93)Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(209,83)Bi，下列論斷中正確的是()A.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少28個中子B.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個中子C．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變D．衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變答案BC解析eq\o\al(209,83)Bi的中子數(shù)為209－83＝126，eq\o\al(237,93)Np的中子數(shù)為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個中子，A錯，B對；衰變過程中共發(fā)生了α衰變的次數(shù)為eq\f(237－209,4)＝7(次)，β衰變的次數(shù)是2×7－(93－83)＝4次，C對，D錯．11．以下有關近代物理學內(nèi)容的若干敘述中正確的有()A．若氫原子核外電子從激發(fā)態(tài)n＝3躍遷到n＝2時發(fā)出的光子剛好能使某金屬發(fā)生光電效應，則從激發(fā)態(tài)n＝2躍遷到基態(tài)發(fā)出的光一定能使該金屬發(fā)生光電效應B．用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核，不可能使氘核分解為一個質(zhì)子和一個中子C．8g的某放射性元素經(jīng)兩個半衰期后，D．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子答案AB解析氫原子核外電子從n＝2躍遷到基態(tài)發(fā)出光子的能量大于從n＝3躍遷到n＝2發(fā)出光子的能量，因此它一定能使該金屬發(fā)生光電效應，即A對；用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核，假若能使氘核分解成為宏觀速度為零的質(zhì)子和中子，但由于此時的質(zhì)子和中子沒有宏觀速度，無法離開，受外界影響還會結(jié)合成氘核，因此只有能量大于氘核結(jié)合能的光子照射時才能分解，即B對；放射性元素發(fā)生衰變時會放出射線而演化成新核，此過程中新核并沒有離開，輻射的只是射線，因此質(zhì)量減小非常小，即C錯；原子核發(fā)生β衰變是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成為一個質(zhì)子同時釋放一個電子，并非核外電子失去了，即D錯．12．如圖7為玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有()圖7A．電子軌道半徑減小，動能也要增大B．氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C．由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子的頻率最小D．金屬鉀的逸出功為2.21eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線有4條答案AD解析當原子從第4能級向低能級躍遷時，原子的能量減小，軌道半徑減小，電子的動能增大，電勢能減小，故A正確；能級間躍遷輻射或吸收的光子能量必須等于兩能級間的能級差，氫原子躍遷時，可發(fā)出不連續(xù)的光譜線，故B錯誤；由n＝4躍遷到n＝1時輻射的光子能量最大，發(fā)出光子的頻率最大，故C錯誤；第四能級的氫原子可以放出6條光譜線，其放出的光子能量分別為：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的光譜線有4條，故D正確．二、計算題(本題共1小題，共6分)13．(6分)如圖8所示為“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置示意圖．圖8(1)因為下落高度相同的平拋小球(不計空氣阻力)的飛行時間相同，所以我們在實驗中可以用________作為時間單位．(2)本實驗中，實驗必須要求的條件是()A．斜槽軌道必須是光滑的B．斜槽軌道末端點的切線是水平的C．入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速度釋放D．入射球與被碰球滿足ma>mb，ra＝rb(3)圖中M、P、N分別為入射球與被碰球?qū)穆潼c的平均位置，則實驗中要驗證的關系是()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)平拋時間(2)BCD(3)C解析(1)在此實驗裝置中兩球的飛行時間相同，實驗中可用平拋時間作為單位時間，從而變化比較速度大小為比較水平位移的大小．(2)此實驗要求兩小球平拋，所以應使斜槽末端點的切線是水平的，B對；要求碰撞時入射小球的速度不變，應使入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速度釋放即可，C對，A錯；為使入射小球不返回且碰撞時為對心正碰，應使ma>mb且ra＝rb，D對．(3)實驗中要驗證mav1＝mav1′＋mbv2′，取平拋時間為單位時間，則變?yōu)閙aeq\f(OP,t)＝maeq\f(OM,t)＋mbeq\f(ON,t)，即ma·OP＝ma·OM＋mb·ON.三、計算題(本題共4小題，共46分)14．(10分)一粒質(zhì)量為4×10－4g的塵埃，在空中下落的速度從1m/s增加到3m答案見解析解析速度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.由于波長太短，所以不能通過衍射現(xiàn)象觀察到其波動性．15．(10分)以與水平方向成60°角斜向上的初速度v0射出的炮彈，到達最高點時因爆炸分成質(zhì)量分別為m和2m的兩塊，其中質(zhì)量為2m的一塊沿著原來的方向以2v0的速度飛行．(1)質(zhì)量較小的另一塊速度的大小和方向；(2)爆炸過程中有多少化學能轉(zhuǎn)化為炮彈的動能？答案(1)2.5v0，方向與爆炸前炮彈運動的方向相反(2)eq\f(27,4)mveq\o\al(2,0)解析(1)斜拋的炮彈在水平方向上做勻速直線運動，則炮彈在最高點爆炸前的速度為v1＝v0cos60°＝eq\f(v0,2)設炮彈在最高點爆炸前的速度方向為正方向，由動量守恒定律得3mv1＝2mv1′＋mv2，又v1′＝2v0解得v2＝－2.5v0，負號表示速度方向與規(guī)定的正方向相反．(2)爆炸過程中轉(zhuǎn)化為動能的化學能等于動能的增量，所以轉(zhuǎn)化為動能的化學能為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)如圖9所示，質(zhì)量為M＝9kg的小車B靜止在光滑水平面上，小車右端固定一輕質(zhì)彈簧，質(zhì)量m＝0.9kg的木塊A(可視為質(zhì)點)靠著彈簧放置并處于靜止狀態(tài)，A與彈簧不拴接，彈簧處于原長狀態(tài)．木塊A右側(cè)車表面光滑，木塊A左側(cè)車表面粗糙，動摩擦因數(shù)μ＝0.75.一顆質(zhì)量m0＝0.1kg的子彈以v0＝100m/s的初速度水平向右飛來，瞬間擊中木塊并留在其中．如果最后木塊A剛好不從小車左端掉下來，求小車最后的速度及最初木塊A到小車左端的距離圖9答案1m/s解析全程整體動量守恒，有m0v0＝(M＋m＋m0)v1解得v1＝1子彈打木塊的瞬間，對子彈和木塊，有m0v0＝(m＋m0)v2解得v2＝10根據(jù)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)已知氫原子基