新教材2023_2024学年高中物理模块综合测评新人教版选择性必修第三册

模块综合测评

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1.在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用,下列说法符合历史事实的是(　　)

A.德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设

B.贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究,发现了原子中存在原子核

C.卢瑟福通过α粒子散射实验,证实了在原子核内存在质子

D.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验,发现了阴极射线就是高速氦核流

2.下列关于热学的一些说法正确的是(　　)

A.茶叶蛋变色是布朗运动产生的结果

B.第二类永动机违反了热力学第一定律

C.温度是分子平均动能的标志,两个动能不同的分子相比,动能大的温度高

D.一定质量理想气体对外做100 J的功,同时从外界吸收70 J的热量,则它的内能减小30 J

3.“氚电池”利用氚核β衰变产生的能量工作,可以给心脏起搏器供电。已知氚核的半衰期为12.5年,下列说法正确的是(　　)

A.氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核内中子衰变为质子放出的电子

B.氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核外内层电子

C.2个氚核经过12.5年后,衰变一个,还剩一个氚核

D.20克氚核经过12.5年后,衰变后剩余物的质量变为10 g

4.(2023河北沧州高二期末)有关核反应和核能,下列说法正确的是(　　)

A.目前核能发电是利用核聚变,氢弹是利用核裂变的链式反应原理

B.核反应堆中用镉棒控制核裂变的反应速度

C.核电站设备应用链式反应,当铀块的体积小于临界体积时就会发生链式反应

D.原子核必须在超高温下才能发生聚变,说明核聚变过程需要吸收能量

5.(2023湖北荆州期末)氢原子的能级图如图所示。现有两束光,a光由图中跃迁①辐射的光子组成,b光由图中跃迁②辐射的光子组成,已知a光照射x金属时刚好能发生光电效应,则下列说法正确的是(　　)

A.a光的波长小于b光的波长

B.x金属的逸出功为2.86 eV

C.氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小3.4 eV

D.用b光照射x金属,逸出的光电子的最大初动能为10.2 eV

6.因肺活量小,一小朋友只能把气球从无气状态吹到500 mL,此时气球内空气压强为1.08×105 Pa。捏紧后让妈妈帮忙,为了安全,当气球内压强达到1.20×105 Pa、体积为8 L时立即停止吹气。已知妈妈每次能吹入压强为1.0×105 Pa、体积为2 265 mL的空气,若外界大气压强为1.0×105 Pa,整个过程无空气泄露且气球内温度不变,则妈妈吹入气球内的空气质量与小朋友吹入气球内空气质量的比值约为(　　)

A.17 B.18

C.20 D.21

7.某同学在研究甲、乙两金属的光电效应现象时,发现两金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系分别如图中的①②所示,图中虚线与两条实线平行。下列说法正确的是(　　)

A.甲金属的截止频率大于乙金属的截止频率

B.甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功

C.用频率为ν2的光照射甲金属不能产生光电效应

D.用频率为ν2的光照射乙金属不能产生光电效应

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.下列关于热现象的说法正确的是(　　)

A.布朗运动说明构成固体颗粒的分子在永不停息地做无规则运动

B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体

C.在绕地球运行的“天和号”核心舱中漂浮的水滴几乎呈球形,这是水的表面张力的结果

D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体

9.如图甲所示是氢原子光谱的两条谱线,图中给出了谱线对应的波长,图乙为氢原子的能级图,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则(　　)

A.Hβ谱线对应光子的能量大于Hα谱线对应光子的能量

B.若两种谱线对应的光子都能使某种金属发生光电效应,则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时,形成的光电流较小

C.Hα谱线对应光子的能量为1.89 eV

D.Hα谱线对应的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的

10.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片(如图所示),已知两个相切圆半径分别为r1、r2,下列说法正确的是(　　)

A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变

B.径迹2可能是衰变后新核的径迹

C.若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=1∶45

D.若是α衰变,则1和2的径迹均是顺时针方向

三、非选择题:本题共5小题,共54分。

11.(6分)在做用油膜法估测分子大小的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每2 000 mL溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有200滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm,则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　 mL,油酸膜的面积是　　　　 cm2。据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　　　　 m。 

12.(8分)(2023河北邯郸高二模拟)如图所示,用一个带有刻度的注射器及压强传感器来探究一定质量气体的压强和体积关系。

(1)所研究的对象是　　　　。 

(2)实验过程中,下列操作错误的是　　　。 

A.推拉活塞时,动作要慢

B.推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位

C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应立即重新接上,继续实验并记录数据

D.活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气

(3)在验证玻意耳定律的实验中,如果用实验所得数据在如图所示的p-图像中标出,可得图中　　　　线。如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,则根据实验数据描出图中　　　　线(均选填“甲”“乙”或“丙”)。 

13.(10分)一个50 L的容器A,通过一带有压力释放阀的细管与一个10 L的容器B连接,两容器导热良好。当容器A中的压强比容器B中的压强大1.16×105 Pa时,阀门打开,气体由容器A通向容器B,当两容器中压强差小于1.16×105 Pa时,阀门关闭。环境温度为288 K时,容器A中的气体压强为1.12×105 Pa,此时容器B已抽成真空,现缓慢升高环境温度。求:

(1)压力释放阀刚打开时的环境温度;

(2)环境温度为360 K时,容器B内的气体压强。

14.(14分)(2022山东菏泽高二期末)太阳中含有大量的氘核,因氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射。若已知两个氘核H聚变产生一个中子n和一个氦核He。已知氘核质量为2.013 6 u,氦核质量为3.015 0 u,中子质量为1.008 7 u,1 u的质量相当于931.5 MeV的能量。

(1)写出核反应方程。

(2)求核反应中释放的核能。

(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。

15.(16分)一款气垫运动鞋的鞋底塑料空间内充满气体(可视为理想气体),运动时通过压缩气体来提供一定的缓冲效果。已知鞋子未被穿上时,当环境温度为T0,每只鞋气垫内气体体积为V0,压强为p0,等效作用面积恒为S。鞋底忽略其他结构产生的弹力。单只鞋子模型如图所示,活塞A可无摩擦上下移动。(大气压强也为p0,T为热力学温度,且气垫内气体与外界温度始终相等)

(1)当质量为m的运动员穿上该运动鞋,双脚站立时,若气垫不漏气,求单只鞋气垫内气体体积V1;

(2)未穿时,气温缓缓上升,若气垫不漏气,气体体积增大到V2,此过程中气体吸收热量为Q,求气体内能变化ΔU;

(3)未穿时,锁定活塞A位置不变,但存在漏气。某次当气温从T0上升到T2时,气垫缓缓漏气至与大气压相等,求气垫内剩余气体占原有气体的比例η。

模块综合测评

1.A　德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设,选项A正确;贝克勒尔首先发现天然放射性现象,但没有发现原子中存在原子核,选项B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构理论,选项C错误;汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验,发现了阴极射线就是高速电子流,选项D错误。

2.D　茶叶蛋变色是扩散现象的结果,A错误;第二类永动机违反了热力学第二定律,B错误;温度是分子平均动能的标志,是统计规律,适用于大量分子,对单个分子不成立,C错误;一定质量理想气体对外做100J的功,同时从外界吸收70J的热量,根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-100J+70J=-30J,可知气体的内能减小30J,D正确。

3.A　氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核内中子衰变为质子放出的电子,A正确,B错误;半衰期是针对大量放射性元素的统计规律,不适用于个别原子核,C错误;经过一个半衰期,有半数氚核发生衰变转变为其他原子核,并不是总质量变为原来一半,D错误。

4.B　目前核能发电是利用核裂变,原子弹是利用核裂变的链式反应原理,氢弹利用的是核聚变,故A错误;核反应堆中插入镉棒为了吸收中子,控制核裂变的反应速度,故B正确;当铀块的体积大于或等于临界体积,并有慢中子能够被俘获时,就会发生链式反应,瞬时放出巨大能量,故C错误;尽管核聚变在高温高压下才能发生,但聚变过程会放出能量,故D错误。

5.B　由图可知,跃迁①辐射的光子的能量为Ea=E5-E2=2.86eV,跃迁②辐射的光子的能量为Eb=E2-E1=10.2eV,由上述分析可知,b光的能量大于a光,则a光的频率小于b光的频率,则a光的波长大于b光的波长,故A错误;已知a光照射x金属时刚好能发生光电效应,根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,x金属的逸出功为W0=2.86eV,故B正确;氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小2.86eV,故C错误;用b光照射x金属,由光电效应方程Ek=hν-W0可得,逸出的光电子的最大初动能为Ekm=Eb-W0=7.34eV,故D错误。

6.A　小朋友吹入压强为1.0×105Pa、体积为 V1的空气,则p2V2=p0V1,则V1=mL=540mL,妈妈吹入压强为1.0×105Pa、体积为 V3的空气,则p2V2+p0V3=p3V4,解得V3=mL=9060mL,则妈妈吹入气球内的空气质量与小朋友吹入气球内空气质量的比值约为≈17,故选A。

7.D　根据Ek=hν-W0可知横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,此时的频率等于金属的截止频率,由图可知乙金属的截止频率大,甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功,故A、B错误;由A、B选项分析可知:用频率为ν2的光照射甲金属能产生光电效应,用频率为ν2的光照射乙金属不能产生光电效应,故D正确,C错误。

8.CD　布朗运动是周围液体或气体分子对布朗粒子的撞击不平衡性造成的,说明周围液体或气体分子在永不停息地做无规则运动,A选项错误;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片导热各向异性,所以云母片是晶体,而非蜂蜡,B选项错误;核心舱中漂浮的水滴几乎呈球形,是水的表面张力的结果,C选项正确;晶体和非晶体可以相互转变,比如天然的水晶是晶体,而熔融后的玻璃是非晶体,D选项正确。

9.AC　Hβ谱线的波长小于Hα谱线的波长,故Hβ谱线的频率较大,Hβ谱线对应光子的能量大于Hα谱线对应光子的能量,选项A正确;在光的频率一定时,光电流与光的强度有关,在光强一定时,光电流与光的频率无关,选项B错误;Hα谱线对应光子的能量为E=h=3.03×10-19J=1.89eV,选项C正确;E4-E3=0.66eV,选项D错误。

10.CD　原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两粒子动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则知:若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆,所以题图所示为电性相同的粒子,可能发生的是α衰变,不是β衰变,故A错误;核反应过程系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=m,解得r=,由于p、B都相同,则粒子电荷量q越大,其轨道半径r越小,由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量,则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径,则半径为r1的圆为新核的运动轨迹,半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹,若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=2∶90=1∶45,故B错误,C正确;若是α衰变,生成的两粒子电性相同,由左手定则可知,两粒子都沿顺时针方向做圆周运动,故D正确。

11.答案 2.5×10-6　41　6.1×10-10

解析 1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V=mL=2.5×10-6mL;由于每格边长为1cm,则每一格就是1cm2,估算油膜面积时,超过半格按一格计算,小于半格的舍去,估算出41格,则油酸薄膜面积为S=41cm2,因此分子直径约为d=m=6.1×10-10m。

12.答案 (1)注射器中封闭的气体　(2)C　(3)乙　甲

解析 (1)根据题意可知,本实验探究一定质量气体的压强和体积关系,则研究对象为注射器内封闭的气体,气体的体积可以通过注射器刻度直接读出。

(2)实验过程中,推拉活塞时,动作要慢,避免因推拉活塞过快,封闭气体温度升高,故A正确,不符合题意;推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位,如用手握住注射器筒有气体的部位会使气体温度升高,故B正确,不符合题意;压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体的质量发生了变化,如立即重新接上,继续实验,将出现较大误差,故C错误,符合题意;为了防止摩擦生热及气体质量变化,活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气,故D正确,不符合题意。

(3)在验证玻意耳定律的实验中,根据理想气体状态方程有=C可得p=CT·,可知p与成正比,故图像为图中的乙线。如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,由上述分析可知,p与的图像的斜率将变大,故图像为图中的甲线。

13.答案 (1)298.3 K

(2)0.2×105 Pa

解析 (1)对容器A中的气体

解得T2=298.3K。

(2)环境温度为360K时pA'=pB+1.16×105Pa

对于总气体

对于进入容器B的气体pA'(V-VA)=pBVB

解得pB=0.2×105Pa。

14.答案 (1HHen

(2)3.26 MeV

(3)En=2.97 MeV,EHe=0.99 MeV

解析 (1)核反应方程为HHen。

(2)核反应过程中质量减少了Δm=2×2.0136u-1.0087u-3.0150u=0.0035u

释放的核能为ΔE=0.0035×931.5MeV=3.26MeV。

(3)设n和He的动量分别为p1和p2,根据动量守恒定律得p1+p2=0

可得p1和p2大小相等,方向相反。根据p=mv

E=mv2

联立得E=

又mHe=3mn

故有En=3EHe

由能量守恒定律得En+EHe=ΔE+2Ek

代入数据解得En=2.97MeV,EHe=0.99MeV。

15.答案 (1)V0

(2)Q-p0(V2-V0)

(3)

解析 (1)根据题意,由平衡条件有mg+2p0S=2p1S

由玻意耳定律有p0V0=p1V1

联立解得V1=V0。

(2)根据题意,未穿时,气体的压强不变,气体对外做功为W=-p0(V2-V0)

由热力学第一定律有ΔU=Q+W=Q-p0(V2-V0)。

(3)根据题意,由理想气体状态方程有

解得Vx=V0=V0

则气垫内剩余气体占原有气体的比例η=。