2020-2021学年高二物理人教版选修3-5：模块检测2-Word版含解析.docx

模块检测(二)
(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．光电效应试验中，下列表述正确的是
(　　)
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率时才能产生光电子
答案　CD
解析　由爱因斯坦光电效应方程知，只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，光电流几乎是瞬时产生的，其大小与光强有关，与光照时间长短无关，易知eUc＝Ek＝hν－W0(其中Uc为遏止电压，Ek为光电子的最大初动能，W0为逸出功，ν为入射光的频率)．由以上分析知，A、B错误，C、D正确．
2．下列四幅图涉及不同的物理学问，其中说法正确的是
(　　)

A．图(甲)：普朗克通过争辩黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．图(乙)：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子放射光子的频率也是不连续的
C．图(丙)：卢瑟福通过分析α粒子散射试验结果，发觉了质子和中子
D．图(丁)：依据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性
答案　AB
解析　图(甲)为黑体辐射的试验规律，为了解释这一试验规律，提出能量子概念，选项A正确；图(乙)为氢原子的能级图，氢原子处于不同能级间跃迁时辐射或吸取肯定频率的光子，选项B正确；图(丙)是α粒子散射试验结果，证明白原子的核式结构，选项C不正确；图(丁)是电子束通过铝箔后的衍射图样，说明白电子的波动性，选项D不正确．
3．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，人车为一系统
B．运动员将铅球从肩窝开头加速推出，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　推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．其次种，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，向下的动量增大等．
4．(2022·江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的
(　　)
A．波长 B．频率 C．能量 D．动量
答案　A
解析　两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W＝hν0可知截止频率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p＝知，其动量也较小，依据物质波p＝知，其波长较长．
5．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.632 8 μm，λ2＝3.39 μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96 eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为
(　　)
A．10.50 eV B．0.98 eV
C．0.53 eV D．0.36 eV
答案　D
解析　由跃迁公式得ΔE1＝，ΔE2＝，联立可得ΔE2＝ΔE1＝0.36 eV，D对．
6.光子有能量，也有动量p＝，它也遵守有关动量的规律．如图1所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内机敏地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片．当用平行白光垂直纸面对里照射这两个圆面时，关于此装置开头时转动状况(俯视)的下列说法中正确的是
(　　)

图1
A．沿顺时针方向转动 B．沿逆时针方向转动
C．都有可能 D．不会转动
答案　B
解析　由动量定理可知，白光垂直照射到白纸片上，反射力量较好，白光垂直照射到黑纸片上时，吸取性较好，白纸片受到的冲力约为黑纸片受到的冲力的两倍，故俯视看到装置开头逆时针方向转动．
7钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，如图2所示，其衰变方程为Pu―→U＋He＋γ，则
(　　)

图2
A．核反应中γ的能量就是Pu的结合能
B．核燃料总是利用比结合能小的核
C.U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以Pu比U的比结合能小
答案　BD
解析　核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用比结合能小的核，才能更简洁实现，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U的结合能小，更稳定，C错．
8．由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界始终未被发觉，只是在使用人工的方法制造后才被发觉．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列论断中正确的是
(　　)
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Bi的原子核比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　Bi的中子数为209－83＝126，Np的中子数为237－93＝144，Bi的原子核比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＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C对、D错．
9.如图3所示，一沙袋用轻细绳悬于O点．开头时沙袋处于静止，此后用弹丸以水平速度击中沙袋后均未穿出．第一次弹丸的速度为v1，打入沙袋后二者共同摇摆的最大摆角为30°.当其第一次返回图示位置时，其次次弹丸以水平速度v2又击中沙袋，使沙袋向右摇摆且最大摆角仍为30°.若弹丸质量是沙袋质量的倍，则以下结论中正确的是
(　　)

图3
A．v1＝v2 B．v1∶v2＝41∶42
C．v1∶v2＝42∶41 D．v1∶v2＝41∶83
答案　D
解析　依据摇摆过程中机械能守恒和两次击中沙袋摇摆的角度相等可知，两次击中沙袋后的速度相同，设为v，用M表示沙袋的质量，m表示弹丸的质量，由动量守恒定律得：
第一次：mv1＝(M＋m)v，
其次次：mv2－(M＋m)v＝(M＋2m)v，
比较两式可以解得v1∶v2＝41∶83.
10．某试验室工作人员，用初速度为v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核Na，产生了质子．若某次碰撞可看做对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动．通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m.则
(　　)
A．该核反应方程是He＋Na―→Mg＋H
B．该核反应方程是He＋Na―→Mg＋n
C．质子的速度约为0.225c
D．质子的速度为0.09c
答案　AC
解析　由质量数守恒和电荷数守恒得：He＋Na―→
Mg＋H.又因α粒子、新核的质量分别为4m、26m，设质子的速率为v，由于α粒子与钠原子核发生对心正碰，由动量守恒定律得：4mv0＝26m·－mv，解得：v＝0.225c.
二、填空题(本题共3小题，共18分)
11．(4分)1919年卢瑟福通过如图4所示的试验装置，第一次完成了原子核的人工转变，由此发觉________．图中银箔的作用是恰好阻挡α粒子不射透银箔，试验中充入氮气后显微镜观看到了闪光．完成该试验的核反应方程：He＋N―→O＋________.

图4
答案　(1)质子　(2)H
12. (8分)贝可勒尔发觉自然 放射现象，揭开了人类争辩原子核结构的序幕．如图5中P为放在匀强电场中的自然 放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束．

图5
(1)构成A射线的粒子是________；构成B射线的粒子是________；构成C射线的粒子是________．
(2)三种射线中，穿透力量最强，经常用来对金属探伤的是________射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是________射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个________粒子．
(3)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：
Th―→Pa＋________；________＋Al―→P＋n.
答案　(1)电子e(或β粒子)　γ光子
氦核He(或α粒子)
(2)γ　α　β
(3)e　He
13．(6分)如图6所示，在橄榄球竞赛中，一个质量为95 kg的橄榄球前锋以5 m/s的速度跑动，想穿越防守队员到底线触地得分．就在他刚要到底线时，迎面撞上了对方两名质量均为75 kg的队员，一个速度为2 m/s，另一个为4 m/s，然后他们就扭在了一起．

图6
(1)他们碰撞后的共同速率是________(结果保留一位有效数字)．
(2)在框中标出碰撞后他们动量的方向，并说明这名前锋能否得分：________.
答案　(1)0.1 m/s　(2)能够得分
解析　(1)设前锋运动员的质量为M1，两防守队员质量均为M2，速度分别为v1、v2、v3，碰撞后的速度为v，设v1方向为正方向，由动量守恒定律得
M1v1－M2v2－M2v3＝(M1＋2M2)v
代入数据解得，v＝0.1 m/s
(2)因v>0，故碰后总动量p′的方向与pA方向相同，碰撞后的状态及动量如图所示，即他们都过了底线，该前锋能够得分．
三、计算题(本题共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，只写出最终答案不能得分，有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位)
14．(8分)一粒质量为4×10－4 g的尘埃，在空中下落的速度从1 m/s增加到3 m/s时，它的德布罗意波长从多少变化到多少？分析是否可通过衍射现象观看到其波动性．
答案　见解析
解析　速度v1＝1 m/s时德布罗意波长为
λ1＝＝ m≈1.66×10－27 m，
速度v2＝3 m/s时德布罗意波长为
λ2＝＝ m≈5.5×10－28 m.
由于波长太短，所以不能通过衍射现象观看到其波动性．
15．(12分)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为En＝eV.
(1)求电子在基态轨道上运动的动能；
(2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线；
(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长．
(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.00×108 m/s)．
答案　(1)13.6 eV
(2)如图所示

(3)1.03×10－7 m
解析　(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力供应向心力，则k＝，又知Ek＝mv2，
故电子在基态轨道的动能为：
Ek＝＝ J
＝2.18×10－18 J
＝13.6 eV.
(2)当n＝1时，能级值为E1＝eV＝－13.6 eV；
当n＝2时，能级值为E2＝eV＝－3.4 eV；
当n＝3时，能级值为E3＝eV＝－1.51 eV.

能发出的光谱线分别为3―→2,2―→1,3―→1共3种，能级图如图所示．
(3)由n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．
hν＝E3－E1，又知ν＝，则有
λ＝＝ m＝1.03×10－7m.
16. (10分)如图7所示，质量为m2和m3的物体静止放在光滑水平面上，两者之间有压缩着的弹簧(与m2、m3不拴接)．质量为m1的物体以速度v0向右冲来，为了防止冲撞，释放弹簧将m3物体放射出去，m3与m1碰撞后粘合在一起．问m3的速度至少多大，才能使以后m3和m2不发生碰撞？

图7
答案　
解析　设m3放射出去的速度大小为v1，m2的速度大小为v2.以向右的方向为正方向，由动量守恒定律得m2v2－m3v1＝0，则v2＝，只要m1和m3碰后速度不大于v2，则m3和m2就不会再发生碰撞．m3与m2恰好不相撞时，由动量守恒定律得，m1v0－m3v1＝(m1＋m3)v2
代入v2＝，得v1＝.
即弹簧将m3放射出去的速度至少为.
17. (12分)如图8所示，有界的匀强磁场的磁感应强度为B＝0.05 T，磁场方向垂直于纸面对里，MN是磁场的左边界．在磁场中A处放一个放射源，内装Ra，Ra放出某种射线后衰变成Rn.

图8
(1)写出上述衰变方程；
(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0 m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0 m．求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少？(取1 u＝1.6×10－27 kg，e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字)
答案　(1)Ra―→Rn＋He
(2)2.04×10－14 J
解析　(1)Ra―→Rn＋He.
(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由2 evB＝得
α粒子的速度v＝
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则有
222 u×v′＝4 u×v
得Rn的速度v′＝v，
释放的核能E＝×222 u×v′2＋×4 u×v2＝
代入数据解得E＝2.04×10－14 J.