高考物理一轮复习第十五单元近代物理单元检测(含详解)

近代物理

一、选择题

1.(2019杭州入学检测)(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是(　　)。

A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样

B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹

C.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关

D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构

【解析】电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样,可以说明电子是一种波,A项正确;β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹,可以说明β射线是一种粒子,B项错误;光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,说明光是一种粒子,C项错误;人们利用电子显微镜观测物质的微观结构,利用了电子的干涉现象,说明电子是一种波,D项正确。

【答案】AD

2.(2019长春监测)(多选)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是(　　)。

A.Th衰变为Rn,经过3次α衰变,2次β衰变

BHHHen是α衰变方程ThPae是β衰变方程

CUnBaKr+n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程

D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为HeNOH

【解析Th衰变为Rn,经过3次α衰变,2次β衰变,故A项正确HHHen是核聚变方程ThPae是β衰变方程,故B项错误Un→BaKr+n是核裂变方程,不是氢弹的核反应方程,故C项错误;高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,其核反应方程为HeNOH,故D项正确。

【答案】AD

3.(2019河南商丘模拟)如图所示,质量为m的小球以初速度v0水平抛出,恰好垂直打在倾角为θ的斜面上,不计空气阻力,则球落在斜面上时重力的瞬时功率为(　　)。

A.mgv0tan θ

B.

C.

D.mgv0cos θ

【解析】由平抛运动得vx=v0,vy=gt;根据平行四边形定则可知tan θ=,则t=,故重力的瞬时功率P=mgvy=mg·gt=,B项正确。

【答案】B

4.(2019江西联考)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了诺贝尔物理学奖,他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶,电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核,其核反应方程式为νeClAre,已知Cl核的质量为36.95658 uAr核的质量为36.95691 ue的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为(　　)。

A.1.33 MeV B.0.82 MeV

C.0.51 MeV D.0.31 MeV

【解析】根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,则ΔE=Δm×931.5 MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5 MeV≈0.82 MeV。

【答案】B

5.(2019湖南摸底考试)(多选)一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中,由于发生了某种衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹,两圆半径之比为1∶16,则(　　)。

A.该原子核发生了β衰变

B.原来静止的原子核的原子序数为15

C.反冲核沿小圆做逆时针方向运动

D.该衰变过程结束后其系统的总质量略有增加

【解析】由图看出,原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同,而两者速度方向相反,则知两者的电性相反,新核带正电,则放出的必定是β粒子,即发生了β衰变,故A项正确。根据动量守恒定律得知,放出的β粒子与新核的动量大小相等,由r==,得半径与电荷量成反比,两圆半径之比为1∶16,由于新核的电荷量较大,则小圆是新核的轨迹,由半径之比得到新核的电荷量为16e,原子序数为16,则原来静止的原子核的原子序数为15,故B项正确。衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右,根据左手定则判断得知,其速度方向向下,沿小圆做逆时针方向运动,故C项正确。该衰变过程会放出能量,质量略有亏损,故D项错误。

【答案】ABC

6.(2019甘肃陇南检测)(多选)如图所示,光滑水平面上放置两长度相同,质量分别为M1和M2的木板P、Q,在木板的左端各有一大小、形状、质量完全相同的物块a和b,木板和物块均处于静止状态,现对物块a和b分别施加水平恒力F1和F2,使它们向右运动至物块与木板分离时,P、Q的速度分别为v1、v2,物块a,b相对地面的位移分别为s1、s2,已知两物块与木板间的动摩擦因数相同,则下列判断正确的是(　　)。

A.若F1=F2,M1>M2,则v1>v2,s1=s2

B.若F1=F2,M1<M2,则v1>v2,s1>s2

C.若F1>F2,M1=M2,则v1<v2,s1>s2

D.若F1<F2,M1=M2,则v1>v2,s1>s2

【解析】当F1=F2时,a、b所受的摩擦力大小相等,因此a、b加速度相同,设为a0,对于P、Q,滑动摩擦力为它们的合力,设P的加速度大小为a1,Q的加速度大小为a2,则a1=,a2=,其中m为物块a和b的质量,设板的长度为L,当物块与木板分离时,a与P的相对位移L1=a0-a1,b与Q的相对位移L2=a0-a2,P、Q的速度v1=a1t1,v2=a2t2,物块a、b相对地面的位移分别为s1=a0,s2=a0,若M1>M2,则a1<a2,所以t1<t2,v1<v2,s1<s2;若M1<M2,则a1>a2,所以t1>t2,v1>v2,s1>s2,A项错误,B项正确;若F1>F2,M1=M2,则a的加速度大于b的加速度,即aa>ab,由于M1=M2,所以P、Q加速度相同,设P、Q加速度为a',它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时,a与P的相对位移L=aa-a',b与Q的相对位移L=ab-a',由于aa>ab,所以得ta<tb,P、Q的速度分别为v1=a'ta、v2=a'tb,物块a、b相对地面的位移分别为s1=aa=L+a',s2=ab=L+a',则v1<v2,s1<s2,C项错误;同理,若F1<F2,M1=M2,则有aa<ab,可得ta>tb,v1>v2,s1>s2,D项正确。

【答案】BD

二、非选择题

7.(2019辽宁沈阳摸底模拟)某小组测量木块与木板间的动摩擦因数,实验装置如图甲所示。

甲

乙

丙

(1)测量木块在水平木板上运动的加速度a。实验中打出的一条纸带如图乙所示。从某个清晰的点O开始,每5个打点取一个计数点,依次标出1、2、3、…,量出1、2、3、…点到O点的距离分别为s1、s2、s3、…,从O点开始计时,1、2、3、…点对应时刻分别为t1、t2、t3、…,求得=,=,=,…。 作出-t图象如图丙所示。图线的斜率为k,截距为b。则木块的加速度a=　　　　;b的物理意义是　　　　。  

(2)实验测得木块的加速度为a,还测得钩码和木块的质量分别为m和M,已知当地重力加速度为g,则动摩擦因数μ=　　　　。 

(3)关于上述实验,下列说法中错误的是　　　　。 

A.木板必须保持水平

B.调整滑轮高度,使细线与木板平行

C.钩码的质量应远小于木块的质量

D.纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素

【解析】(1)图线纵轴截距b是0时刻对应的速度,即表示O点的瞬时速度。各段的平均速度表示各段中间时刻的瞬时速度,以平均速度为纵坐标,相应的运动时间t的一半为横坐标,即-的图象的斜率表示加速度a,则-t图象的斜率的2倍表示加速度,即a=2k。

(2)对木块、砝码盘和砝码组成的系统,由牛顿第二定律得

mg-μMg=(M+m)a

解得μ=。

(3)木板必须保持水平,则压力大小等于重力大小,故A项正确;调整滑轮高度,使细线与木板平行,拉力与滑动摩擦力共线,故B项正确;钩码的质量不需要远小于木块的质量,因选取整体作为研究对象,故C项错误;纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素,故D项正确。

【答案】 (1)2k　O点的瞬时速度　(2)

 (3)C

8.(2019吉林长春监测)为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30 Ω),有以下一些器材可供选择:

电流表(量程为0~50 mA,内阻约为10 Ω);

电流表(量程为0~3 A,内阻约为0.12 Ω);

电压表(量程为0~3 V,内阻很大);

电压表(量程为0~15 V,内阻很大);

电源E(电动势约为3 V,内阻约为0.2 Ω);

定值电阻R(20 Ω,允许通过的最大电流为1.0 A);

滑动变阻器R1(0~10 Ω,允许通过的最大电流为2.0 A);

滑动变阻器R2(0~1 kΩ,允许通过的最大电流为0.5 A);

单刀单掷开关S一个,导线若干。

根据以上器材设计电路,要求测量范围尽可能大、精确度高。

(1)电流表应选　　　　,电压表应选　　　　,滑动变阻器应选　　　　。(填写器材符号) 

(2)请画出测量电阻Rx的实验电路图(并在电路图中标出所用元件的对应符号)。

(3)若电压表示数为U,电流表示数为I,则待测电阻Rx的表达式为Rx=　　　 。 

【解析】(1)因电源电压为3 V,电压表只能选择0~3 V,故选电压表,因待测电阻约为30 Ω,则电路中的最大电流为100 mA,只能选用量程为0~50 mA的电流表,故选电流表;根据题意可知,电路应采

用分压接法,滑动变阻器应选用较小的电阻,故滑动变阻器选用R1。

(2)要求所测量的范围尽可能大些,故应采用滑动变阻器分压式接法,为了提高实验的精确程度,根据电压表和电流表量程和待测电阻阻值分析可知,需将定值电阻与待测电阻串联;电压表的内阻很大,由于>,电压表分流较小,故采用电流表外接法,电路如图所示。

(3)由欧姆定律可知R+Rx=,可得Rx=-R。

【答案】 (1)　　R1　(2)如图所示　 (3) -R

9.(2019上海月考)高速公路上甲、乙两车在同一车道上同向行驶,甲车在前,乙车在后,速度均为v0=30 m/s,相距s0=100 m,t=0时,甲车遇紧急情况后,甲、乙两车的加速度随时间变化的关系分别如图甲、乙所示,以运动方向为正方向。

(1)两车在0~9 s内何时相距最近?最近距离是多少?

(2)若要保证t=12 s时乙车在甲车后109 m,则图乙中a0应是多少?

【解析】(1)由图象知,甲车前3 s做匀减速运动,乙车做匀速直线运动,3 s末甲车速度为0,此过程乙的速度大于甲的速度,两者距离减小,接着甲做匀加速运动而乙做匀减速运动,两车距离进一步减小,当两车速度相等时相距最近;设t1=3 s后再经过t2时间甲、乙两车速度相等,此时两车相距最近,有

a2t2=v0+a3t2

解得t2=3 s

即6 s时两车相距最近

两车速度相等前甲车的位移x甲=t1+a2

乙车的位移x乙=v0t1+v0t2+a3

最近距离smin=s0+x甲-x乙

联立解得smin=10 m。

(2)9 s末(t3=6 s),甲车的速度v1'=a2t3=30 m/s

9 s内甲车发生的总位移x甲'=t1+a2

9 s末,乙车的速度v2'=v0+a3t3=0

9 s内乙车发生的总位移x乙'=v0t1+v0t3+a3

联立解得9 s末,甲车在乙车前x=s0+x甲'-x乙'=55 m

若要保证t=12 s(t4=3 s)时乙车在甲车后109 m,则应有

v1't4+x-a0=109 m

解得a0=8 m/s2。

【答案】(1)6 s　10 m　(2)8 m/s2

10.(2019山西太原开学模拟)如图所示,间距l=0.5 m的两条平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成。倾角θ=37°的倾斜导轨处在磁感应强度大小B1=2 T,方向垂直导轨平面向下的匀强磁场区域中,在导轨的上端接有一个阻值R0=1 Ω的电阻,置于倾斜导轨上质量为m1、阻值R1=1 Ω的金属棒ab的中部与一绝缘细绳相连,细绳上端固定在倾斜导轨的顶部,已知细绳所能承受的最大拉力FTm=4 N。长度s=2 m的水平导轨处在磁感应强度大小B2=1 T,方向竖直向下的匀强磁场区域中,在水平导轨和倾斜导轨的连接处有一质量m2=1 kg、阻值R2=1 Ω 的金属棒cd处于静止状态,现用一大小F=10 N且与金属棒垂直的水平恒力作用在金属棒cd上,使之水平向右加速运动,当金属棒cd刚好到达水平导轨末端时,与金属棒ab相连的细绳断裂,此时撤去力F,金属棒cd水平飞出,并落在水平地面上,已知金属棒cd的落地点与水平导轨末端的水平距离x=2.4 m,水平导轨离地的高度h=0.8 m,不计摩擦阻力和导轨电阻,两金属棒始终与导轨垂直且接触良好,重力加速度g=10 m/s2,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:

(1)金属棒ab的质量m1。

(2)金属棒cd在水平导轨上运动过程中,电阻R0产生的焦耳热Q0。

(3)金属棒cd在水平导轨上运动的时间t。

【解析】(1)金属棒cd水平飞出的过程中,由h=g,x=v1t

解得v1=6 m/s

金属棒cd到达水平导轨末端时产生的感应电动势

E=B2lv1

回路总电阻R=+R2=1.5 Ω

此时,对金属棒ab受力分析,有

m1gsin θ+B1l=FTm

解得m1=0.5 kg。

(2)设金属棒cd在水平导轨上运动过程中,回路中产生的总焦耳热为Q,由能量守恒定律得

Fs=m2+Q

解得Q=2 J

由串、并联电路的规律可得Q0=Q= J。

(3)金属棒cd在水平导轨上运动过程中,由动量定理得

(F-B2l)t=m2v1

且q=t=

联立可得Ft-=m2v1

解得t= s。

【答案】(1)0.5 kg　(2) J　(3) s