2020年沪科版高中物理选修3-5模块综合试卷（含答案）

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1、模块综合试卷模块综合试卷 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共计 48 分.17 题为单项选择题，812 题为多 项选择题全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错或不选的得 0 分) 1物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验，下面给出了几 个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错 误的是( ) A 粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础 B光电效应实验表明光具有粒子性 C电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒 D康普顿效应进一步证实了光的波动特性 答案 D

2、解析 粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，选项 A 正确；光电效应实验表明光 具有粒子性，选项 B 正确；电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒，选项 C 正确； 康普顿效应进一步证实了光的粒子性，选项 D 错误 2钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤 234 91Pa，同时伴随 射线产生，其方 程为234 90Th 234 91Pax，钍的半衰期为 24 天，则下列说法中正确的是( ) A此反应为钍核裂变，释放大量的核能，方程中的 x 代表质子 Bx 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C 射线是镤原子核外电子跃迁放出的高速粒子 D1 g 钍234 9

3、0Th 经过 120 天后还剩 0.2 g 钍 答案 B 3原子核的平均结合能曲线如图 1 所示铀核(235 92U )经过 m 次 衰变和 n 次 衰变变成铅 核(207 82Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是( ) 图 1 Am5，n4 B铀核 (235 92U) 的平均结合能比铅核( 207 82Pb) 的平均结合能小 C铀核(235 92U) 衰变过程的半衰期与温度和压强有关 D在 、 这三种射线中， 射线的穿透能力最弱 答案 B 解析 根据反应前后质量数守恒和核电荷数守恒可知， 2352074m,92822mn， 解得： m7 , n4，故 A 错误；由题图知铀核的平均结合能比铅

4、核的平均结合能小，故 B 正确；半 衰期是放射性元素的固有特性，不会随外部因素而改变，因此放射性元素的半衰期与温度、 压强无关，故 C 错误；在 、 这三种射线中， 射线的穿透能力最强，故 D 错误 4一个质量为 0.5 kg 的小钢球竖直下落，落地时速度大小为 1 m/s，与地面作用 0.1 s 后以 等大的动量被反弹，取 g10 m/s2.小钢球在与地面碰撞的过程中，下列说法中正确的是 ( ) A小钢球重力的冲量是 0.1 kg m/s B若选向上为正方向，则小钢球的动量变化量是 1 kg m/s C若选向上为正方向，则小钢球受到的合力冲量是1 N s D若选向上为正方向，则小钢球受到的合

5、力为 5 N 答案 B 解析 根据冲量的定义可知：Imgt0.5100.1 kg m/s0.5 kgm/s ，故 A 错；若选 向上为正方向，则小钢球的动量变化量为 pmv(mv)2mv20.51 kg m/s1 kgm/s，故 B 对；根据动量定理，合力冲量等于动量的变化量，所以若选向上为正方向， 则小钢球受到的合力冲量是 1 kg m/s1 N s，故 C 错；已知合力的冲量为 1 N s，所以合力 的大小为 FI t 1 0.1 N10 N ，故 D 错 5如图 2 所示，小车 AB 静止于水平面上，A 端固定一个轻质弹簧，B 端粘有橡皮泥小车 AB 质量为 M，质量为 m 的木块 C

6、放在小车上，CB 距离为 L.用细线将木块连接于小车的 A 端并使弹簧压缩开始时小车 AB 与木块 C 都处于静止状态，现烧断细线，弹簧被释放，使 木块离开弹簧向 B 端滑去，并跟 B 端橡皮泥粘在一起所有摩擦均不计，对整个过程，以下 说法正确的是( ) 图 2 A整个系统机械能守恒 B整个系统机械能不守恒，动量也不守恒 C当木块的速度最大时，小车的速度也最大 D最终整个系统匀速运动 答案 C 解析 弹簧被释放过程系统机械能守恒， 而木块 C 跟 B 端橡皮泥粘在一起的过程是非弹性碰 撞，机械能有损失，所以对整个过程，系统机械能不守恒，故 A 错误系统在整个过程中受 到的合外力保持为零，动量守

7、恒，故 B 错误. 设弹簧释放后，木块 C 速度大小为 v，小车速 度大小为 v1，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得：mvMv10，得：v1m Mv，故 v1 与 v 成正比，当木块的速度 v 最大时，小车的速度 v1也最大，故 C 正确设 C 与橡皮泥粘 在一起时系统的速度为 v，由系统的动量守恒得：(Mm)v0，得：v0，所以最终 系统静止不动，故 D 错误 6如图 3 所示，一轻质弹簧，两端连着物体 A 和 B 放在光滑水平面上，如果物体 A 被沿水 平方向运动且速度大小为 v0的子弹射中并嵌在物体 A 中，已知物体 A 的质量为物体 B 的质 量的3 4，子弹的质量是物体 B 质量

8、的 1 4.弹簧被压缩到最短时物体 B 的速度为( ) 图 3 A.v0 12 B. v0 8 C.v0 4 D.2v0 3 答案 B 解析 当 A、B 速度相等时弹簧被压缩到最短 设 B 的质量为 m，对整个系统，根据动量守恒定律可得：1 4mv0( 1 4m 3 4mm)v 解得：vv0 8 ，故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误 7如图 4 所示，在光滑水平面上，有质量分别为 2m、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，在两滑块刚好脱离弹簧时，下述说法正确的是( ) 图 4 A两滑块的

9、动量大小之比 pApB21 B两滑块的速度大小之比 vAvB21 C两滑块的动能之比 EkAEkB12 D弹簧对两滑块做功之比 WAWB11 答案 C 解析 在两滑块刚好脱离弹簧时， 以滑块 A 的速度方向为正方向， 根据动量守恒定律得： 2mvA mvB0，得 vAvB 2 ，两滑块速度大小之比vA vB 1 2，两滑块的动能之比 EkAEkB 1 22mvA 2 1 2mvB 2 1 2，B 错误，C 正确；两滑块的动量大小之比 pA pB 2mvA mvB 1 1，A 错误；弹簧对两滑块做功之比 等于两滑块动能之比，故 WAWB12，D 错误 8如图 5 所示，光滑水平面上有一质量为 m

10、1 kg 的上表面光滑的小车，小车右端固定一水 平轻质弹簧，弹簧左端连接一质量为 m01 kg 的物块，物块与小车一起以 v05 m/s 的速度 向右匀速运动，与静止在光滑水平面上、质量为 M4 kg 的小球发生弹性正碰，若碰撞时间 极短，弹簧始终在弹性限度内则( ) 图 5 A碰撞结束时，小车的速度为 3 m/s，速度方向向左 B从碰后瞬间到弹簧最短的过程，弹簧弹力对小车的冲量大小为 4 N s C小车的最小速度为 1 m/s D在小车速度为 1 m/s 时，弹簧的弹性势能有最大值 答案 ABD 解析 设碰撞结束时小车的速度为 v1，小球的速度为 v，以水平向右为正方向，由动量守恒 及机械能

11、守恒有 mv0Mvmv1，1 2mv0 21 2mv1 21 2Mv 2；解得：v 13 m/s，小车速度方向 向左；v2 m/s，小球速度方向向右，选项 A 正确当弹簧被压缩到最短时弹簧的弹性势 能最大，设此时小车的速度大小为 v2，根据动量守恒定律有：m0v0mv1(m0m)v2，解得： v21 m/s，选项 D 正确由以上分析可知小车最小速度为 0，选项 C 错误设从碰撞的瞬间 到弹簧最短的过程，弹簧弹力对小车的冲量大小为 I，根据动量定理有 Imv2mv1，解得： I4 N s，选项 B 正确 9(2017 温州市六校协作体期末)有关图 6 中四幅图的说法正确的是( ) 图 6 A甲图

12、中，水平地面光滑，球 m1以速度 v 碰撞静止球 m2，若两球质量相等，碰后 m2的速 度一定为 v B乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 C丙图中，射线 1 由 粒子组成，射线 2 为 射线，射线 3 由 粒子组成 D丁图中，链式反应属于重核裂变 答案 BD 解析 题图甲中只有发生弹性碰撞时，碰后 m2的速度才为 v，A 错误题图丙中射线 1 由 粒子组成，射线 3 由 粒子组成，射线 2 为 射线，C 错误 图 7 10如图 7 所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于 n3 能级，下列说法中正确的是( ) A这群氢原子发出的光子中，能量最大的为 10.2 eV B从

13、 n3 能级跃迁到 n2 能级时发出的光波长最长 C这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁 D如果发出的光子中只有一种能使某金属产生光电效应，那一定是由 n3 能级跃迁到 n 1 能级发出的 答案 BD 解析 由 n3 跃迁到 n1，辐射的光子能量最大，E13.6 eV1.51 eV12.09 eV，故 A 错误；从 n3 跃迁到 n2 辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故 B 正确；一群 处于 n3 的氢原子向更高能级跃迁，吸收光子的能量必须等于两能级的能级差，故 C 错误； 如果发出的光子只有一种能使某金属产生光电效应，那么这种光子为能量最大的一种，即为 n3 能级跃迁到

14、 n1 能级发出的，故 D 正确 11如图 8 所示，小球 A 质量为 m，系在细线的一端，线的另一端固定在 O 点，O 点到光滑 水平面的距离为 h.物块 B 和 C 的质量分别是 5m 和 3m，物块 B 与 C 用轻弹簧拴接，置于光 滑的水平面上，且 B 物块位于 O 点正下方现拉动小球使细线水平伸直，小球由静止释放， 运动到最低点时与物块 B 发生正碰(碰撞时间极短)，反弹后上升到最高点时到水平面的距离 为 h 16.小球与物块均视为质点，不计空气阻力，重力加速度为 g，则( ) 图 8 A碰撞后小球 A 反弹的速度大小为 2gh 4 B碰撞过程 B 物块受到的冲量大小为 m 2gh

15、C碰后轻弹簧获得的最大弹性势能为 15 128mgh D物块 C 的最大速度大小为 5 16 2gh 答案 ACD 解析 设小球运动到最低点与物块 B 碰撞前的速度大小为 v1， 取小球运动到最低点时的重力 势能为零，根据机械能守恒定律有 mgh1 2mv1 2，解得 v 1 2gh 设碰撞后小球反弹的速度大小为 v1，同理有mgh 16 1 2mv1 2，解得 v 1 2gh 4 ，选项 A 正 确 设碰撞后物块 B 的速度大小为 v2， 取水平向右为正方向， 由动量守恒定律有 mv1mv1 5mv2，解得 v2 2gh 4 ，由动量定理可得，碰撞过程 B 物块受到的冲量大小为：I5mv25

16、 4 m 2gh，选项 B 错误碰撞后当 B 物块与 C 物块速度相等时轻弹簧的弹性势能最大，设此时 两物块速度为 v3，据动量守恒定律有 5mv28mv3，据机械能守恒定律 Epm1 25mv2 21 2 8mv23，解得 Epm 15 128mgh，选项 C 正确对 B 物块与 C 物块及轻弹簧组成的系统，在轻弹 簧回到原长时，C 物块有最大速度，根据动量守恒和机械能守恒可解得 vC5 2gh 16 ，选项 D 正确 12如图 9 所示，长木板 A 放在光滑的水平面上，质量为 m6 kg 的小物体 B 以水平速度 v0 2 m/s 滑上原来静止的长木板 A 的表面，由于 A、B 间存在摩擦

17、，A、B 速度随时间变化情 况如图乙所示，取 g10 m/s2，则下列说法正确的是( ) 图 9 A木板 A 获得的动能为 2 J B系统损失的机械能为 2 J C木板 A 的最小长度为 1 m DA、B 间的动摩擦因数为 0.1 答案 CD 解析 由题图乙知，木板和小物体最终的速度 v1 m/s，据动量守恒得 mv0(mM)v，则木 板的质量 M6 kg，木板获得的动能为 EkM1 2Mv 21 261 2J3 J，系统损失的机械能 E 1 2mv0 21 2(mM)v 21 262 2 J1 2121 2 J6 J，故 A、B 项错误由题图乙得：01 s 内小物体的位移 xB1 2(21)

18、1 m1.5 m,01 s 内木板的位移 xA 1 211 m0.5 m，则 木板的最小长度LxBxA1 m， 故C项正确 由题图乙得， 小物体加速度大小aBvB t 21 1 m/s21 m/s2，据牛顿第二定律得 mgmaB，则 A、B 间的动摩擦因数 0.1，故 D 项正 确 二、实验题(本题共 2 小题，共 12 分) 13(6 分)用如图 10 甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，小车 P 的前端粘有橡皮 泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，轻推一下小车 P，使之运动，小车 P 与静止的小车 Q 相碰后粘在一起向前运动 图 10 (1)下列操作正

19、确的是_ A两小车粘上橡皮泥是为了改变两车的质量 B两小车粘上橡皮泥是为了碰撞后粘在一起 C先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车 D先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源 (2)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用 刻度尺测得各点到起点 A 的距离根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上_段来 计算小车 P 的碰前速度 (3)测得小车 P(含橡皮泥)的质量为 m1，小车 Q(含橡皮泥)的质量为 m2，如果实验数据满足关 系式_，则可验证小车 P、Q 碰撞前后动量守恒 答案 (1)BC(2 分) (2)BC(1 分) (3)m1s2s1 2

20、m1m2s4s3 3 (3 分) 解析 (1)粘上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起，不是为了改变车的质量，A 错误，B 正确； 为了打点稳定以及充分利用纸带打出更多的点，应先打开电源然后再让小车运动，C 正确， D 错误； (2)两小车碰撞前小车 P 做匀速直线运动，在相等时间内小车位移相等，由题图乙所示纸带可 知，应选择纸带上的 BC 段求出小车 P 碰撞前的速度； (3)设打点计时器打点时间间隔为 T，由题图乙所示纸带可知，碰撞前小车的速度 vs2s1 4T ， 碰撞后小车的速度 vs4s3 6T ，如果碰撞前后系统动量守恒，则：m1v(m1m2)v，即： m1s2s1 4T ()m1m2 s

21、4s3 6T ，整理得：m1s2s1 2 ()m1m2 s4s3 3 . 14 (6 分)利用气垫导轨和光电门进行“探究碰撞中的不变量”这一实验， 气垫导轨的左侧与 一倾斜轨道平滑连接，滑块在水平气垫导轨上运动时可忽略阻力让滑块 A 在左侧倾斜轨道 的 P 点由静止释放，然后与静止在光电门 C 和光电门 D 之间的滑块 B 发生碰撞，如图 11 所 示 图 11 (1)实验中滑块 B 备有甲、 乙两种： 其中甲种滑块左端装有弹性圈， 乙种滑块左端装有橡皮泥， 与滑块 A 碰撞后会粘在一起若要求碰撞时动能损失最大，则应选用_种滑块(填 “甲”或“乙”)，若要求碰撞时动能损失最小，则应选用_种滑块

22、(填“甲”或 “乙”)； (2)某同学选取左端装有橡皮泥的滑块 B 进行实验，两滑块的质量分别为 mA和 mB，滑块 A 从 P 点释放后，通过光电门 C 的时间为 t1，与滑块 B 粘在一起后通过光电门 D 的时间为 t2，则 在误差允许的范围内，只需验证等式_成立即可说明碰撞过程中 mA和 mB系统动 量守恒； (3)在上一问的某次实验中， 滑块通过光电门 C 和光电门 D 的时间分别为 t10.05 s 和 t20.15 s，那么滑块 A 和滑块 B 的质量之比为 mAmB_. 答案 (1)乙(1 分) 甲(1 分) (2)mA t2(mAmB)t1(或mA t1 mAmB t2 )(2

23、 分) (3)12(2 分) 解析 (1) 若要求碰撞时动能损失最大，则应选用左端装有橡皮泥的乙种滑块 若要求碰撞时动能损失最小，则应选用左端装有弹性圈的甲种滑块 (2)设遮光条宽度为 d，则滑块 A 通过光电门 C 的速度 v1d t1，滑块 A 与滑块 B 粘在一起后通 过光电门 D 的速度 v2d t2；若碰撞过程中 mA和 mB 系统动量守恒，则 mAv1()mAmBv2，即 mAd t1( )mAmB d t2，整理得： mA t1 mAmB t2 或 mAt2()mAmBt1. (3)若滑块通过光电门 C 和光电门 D 的时间分别为 t10.05 s 和 t20.15 s，则 mA

24、 0.05 mAmB 0.15 ， 解得 mAmB12. 三、计算题(本题共 4 小题，共 40 分) 15(9 分)已知氘核(21H)质量为 2.013 6 u，中子(10n)质量为 1.008 7 u，氦核(32He)质量为 3.015 0 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 (1)写出两个氘核聚变成32He 的核反应方程； (2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)； (3)若两个氘核以相同的动能 0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转 化为机械能，则反应后生成的氦核(32He)和中子(10n)的速度大小之比是多少？ 答案 (1)221H3

25、2He10n (2)3.26 MeV (3)13. 解析 (1)核反应方程为：221H32He10n；(2 分) (2)由题给条件得核反应中质量亏损为：m2.013 6 u2(3.015 01.008 7)u0.003 5 u(1 分) 所以释放的核能为：Emc2931.50.003 5 MeV3.26 MeV；(2 分) (3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为 He 核和中子的动能 设氦 3 和中子的质量分别为 m1、m2，速度分别为 v1、v2， 则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得： m1v1m2v20(1 分) Ek1Ek22Ek0E(1 分) 解方程组，可得：Ek1

26、Ek2 1 3 因为氦 3 和中子的质量比为 31， 则v1 v2 1 3(2 分) 16(9 分)如图 12 所示，质量为 M5.0 kg 的小车在光滑水平面上以 v12 m/s 速度向右运 动，一人背靠竖直墙壁为避免小车撞向自己，拿起水枪以 v24.0 m/s 的水平速度将一股水 流自右向左射向小车后壁，射到车壁的水全部流入车厢内，忽略空气阻力，已知水枪的水流 流量恒为 Q5.010 5 m3/s(单位时间内流过横截面的水流体积)，水的密度为 1.0 103 kg/m3，不计空气阻力求： 图 12 (1)经多长时间可使小车速度减为零； (2)小车速度减为零之后，此人继续持水枪冲击小车，若要

27、保持小车速度为零，需提供多大的 水平作用力 答案 (1)50 s (2)0.2 N 解析 (1)取水平向右为正方向，v24 m/s 由于水平面光滑，经 t 时间，流入车内的水的质量为 mQt(1 分) 对车和水流，在水平方向没有外力，动量守恒，则 Mv1mv20(2 分) 联立解得 t50 s(1 分) (2)t 时间内，流入车内的水的质量为 mQt(1 分) 设小车对水流的水平作用力为 F， 根据动量定理 Ft0m(v2)(2 分) 联立解得 FQv20.2 N(1 分) 根据牛顿第三定律，水流对小车的平均作用力为 FF，由于小车静止，根据平衡条件知提 供的水平作用力大小为 0.2 N(1

28、分) 17(10 分)光滑水平面上放着质量 mA1 kg 的物块 A 与质量 mB2 kg 的物块 B，A 与 B 均 可视为质点，A 靠在竖直墙壁上，A、B 间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与 A、B 均不拴接)， 用手挡住 B 不动， 此时弹簧弹性势能 EP49 J在 A、B 间系一轻质细绳，细绳长度大于 弹簧的自然长度，如图 13 所示放手后 B 向右运动，细绳在短暂时间内被拉断，之后 B 冲 上与水平面相切的竖直光滑半圆轨道， 其半径 R0.5 m, B 恰能到达最高点 C.g10 m/s2， 求： 图 13 (1)绳拉断后物块 B 到达半圆轨道最低点的速度大小； (2)绳拉断过程绳对 B

29、 的冲量 I 的大小； (3)绳拉断过程中系统损失的机械能大小 答案 (1)5 m/s (2)4 N s (3)24 J 解析 (1)设 B 到达半圆轨道最低点的速率为 vB， 到达 C 点的速率为 vC， B 恰能到达最高点 C， 根据牛顿第二定律有 mBgmBvC 2 R (1 分) B 由最低点运动到最高点 C 这一过程应用动能定理得：2mBgR1 2mBvC 21 2mBvB 2(2 分) 解得：vB5 m/s.(1 分) (2)设弹簧恢复到自然长度时 B 的速率为 v1，取向右为正方向，此时弹簧的弹性势能全部转化 为 B 的动能， Ep1 2mBv1 2(1 分) 根据动量定理有：I

30、mBvBmBv1(2 分) 解得：I4 N s，其大小为 4 N s(1 分) (3)绳拉断过程中系统损失的机械能大小为 EEp1 2mvB 224 J(2 分) 18(12 分)如图 14 所示，离地面高 5.45 m 的 O 处用不可伸长的细线挂一质量为 0.4 kg 的爆 竹(火药质量忽略不计)，细线长 0.45 m把爆竹拉起使细线水平，点燃导火线后将爆竹无初 速度释放，爆竹刚好到达最低点 B 时炸成质量相等的两块，一块朝相反方向水平抛出，落到 地面 A 处，抛出的水平距离为 x5 m另一块仍系在细线上继续做圆周运动通过最高点 C. 空气阻力忽略不计，取 g10 m/s2.求： 图 14

31、 (1)爆炸瞬间反向抛出那一块的水平速度 v1. (2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时细线的拉力 T(结果保留两位小数) 答案 (1) 5 m/s (2)43.78 N 解析 (1)设爆竹总质量为 2m， 刚好到达 B 点时的速度为 v， 爆炸后抛出的那一块水平速度为 v1，做圆周运动的那一块初速度为 v2； 对平抛运动的那一块： H1 2gt 2(1 分) xv1t(1 分) 联立解得：v15 m/s(1 分) (2)D 点到 B 点机械能守恒得：2mgL1 2 2mv 2(2 分) 以向右方向为正方向，爆竹爆炸过程， 由动量守恒得：2mvmv2mv1(2 分) 联立并代入数据解得：v211 m/s(1 分) 设继续做圆周运动的那一块通过最高点时速度为 vC，由机械能守恒可得： 1 2mv2 21 2mvC 22mgL(2 分) 设在最高点时细线的拉力为 T，由牛顿运动定律得： TmgmvC 2 L (1 分) 联立解得：T43.78 N(1 分)