2020年教科版高中物理选修3-5模块综合试卷（一）含答案

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1、模块综合试卷模块综合试卷(一一) (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.18 题为单项选择题，912 题为多 项选择题) 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 解析 粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，选项

2、 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 B.X 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 D.1 g 钍234 90Th 经过 120 天后还剩 0.2

3、g 钍 答案 B 3.原子核的比结合能曲线如图 1 所示.铀核(235 92U)经过 m 次 衰变和 n 次 衰变变成铅核( 207 82 Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是( ) 图 1 A.m5，n4 B.铀核(235 92U) 的比结合能比铅核( 207 82Pb) 的比结合能小 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电荷数守恒可知，2352074m，92822mn，解得： m7，n4，故 A 错误；由题图知铀核的比结合能比铅核的比结合能小，故 B 正确；半衰 期是放射性元

4、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，则小钢球受到的合力为 5 N 答案 B 解析 根据冲量的

5、定义可知：Imgt0.5100.1 kg m/s0.5 kg m/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 kg m/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 F I 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 端固定一个水平轻质弹簧，B 端粘有橡皮泥.小车 AB 质量为 M，质量为 m 的木块 C 放在小车上，CB 距离为

6、 L.用细线将木块连接于小车的 A 端并使弹簧压缩(弹簧与木块 C 不相连).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

7、保持为零，动量守恒，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 静止放在光滑水平面上，如果沿水平方向 运动且速度大小为 v0的子弹射中物体 A 并嵌在其中， 已知物体 A 的质量为物体 B 的质量的3 4， 子弹的质量

8、是物体 B 质量的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 不相连)，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(

9、) 图 4 A.两滑块的动量大小之比 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 22mv 2 A 1 2mv 2 B 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

10、.如图 5 所示，光滑水平面上有甲、乙两辆车，甲车上面有发射装置，甲车连同发射装置质 量为 M12 kg，车上另有一个质量为 m1 kg 的小球，甲车静止在水平面上，乙车总质量为 M24 kg，以 v07 m/s 的速度向甲车运动，甲车为了不和乙车相撞，向乙车水平发射小球 m(不考虑重力对小球的影响，乙上有接收装置使小球最终停在乙车上)，所有摩擦均不计，则 甲车相对地面发射小球的最小水平速度是( ) 图 5 A.6 m/s B.9 m/s C.12 m/s D.8 m/s 答案 D 解析 设甲车相对地面发射小球的最小水平速度大小为 v，以乙车初速度方向为正方向，小 球与甲车组成的系统动量守恒，

11、可得：M1v1mv0.小球与乙车组成的系统动量守恒，可得： M2v0mv(M2m)v2，若使两车不相撞则应满足 v1v2，故当 v1v2时，小球有最小水平 速度，联立并代入数据解得：v8 m/s，故 D 正确，A、B、C 错误. 9.(2017 温州六校协作体期末)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

12、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. 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( ) 图 7 A.这群氢原子发出的光子中，能量最大的为 10.2 eV B.从 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 n 3 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

13、能量最大，E1.51 eV(13.6 eV)12.09 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；如果发出的光子中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 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

14、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 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

15、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 mv1mv15mv2，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 4m 2gh，选项 B 错误.碰撞 后当物块 B 与物块 C 速度相等时轻弹簧的弹性势能最大，据动量守恒定律有 5mv28mv3， 据机械能守恒定律 Epm1 25mv2 21 28mv3 2，解得 E pm 15 128mgh，选项

16、 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 的上表面，由于 A、B 间存在摩擦，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 D.A、B 间的动摩擦因数为 0.1 答案 CD

17、 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 EkA1 2Mv 21 261 2 J3 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)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

18、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，共计 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，

19、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 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，应先接通电源然后再让小车运动，C 正确， D 错

20、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 s4s3 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

21、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(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

22、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 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

23、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； 碰撞过程中 mA和 mB系统动量守恒， 则 mAv1(mAmB)v2， 即 mA d t1 ()mAmB d t2，整理得： mA t1 mAmB t2 或 mAt2(mAmB) t1. (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 0.05 mAmB 0.15 ， 解得 mAmB12. 三、计算题(本题共 4 小题，共计 40 分) 15.(9 分)若235 92U 俘获一个中子裂变成 90 38Sr 及 136 54Xe 两种新核，且三种

24、原子核的质量分别为 235.043 9 u、89.907 7 u 和 135.907 2 u，中子质量为 1.008 7 u(1 u1.660 610 27kg,1 u 相当 于 931.5 MeV 的能量) (1)写出铀核裂变的核反应方程； (2)求一个235 92U 俘获一个中子完全裂变所释放的能量.(取两位有效数字) 答案 (1)235 92U 1 0n 90 38Sr 136 54Xe10 1 0n (2)1.4102 MeV 解析 (1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒，则有：235 92U 1 0n 90 38Sr 136 54Xe10 1 0n；(3 分) (2)一个铀核裂变的

25、质量亏损为 m(235.043 91.008 7)u(89.907 7135.907 2101.008 7)u0.150 7 u；(3 分) 由爱因斯坦质能方程可知释放的能量为 Em931.5 MeV1.4102 MeV(3 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，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

26、 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 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 Mv1m(v2)0(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

27、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 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

28、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 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)B 恰能到达最高点 C， 设 B 到达 C 点的速率为 vC， 根据牛顿第二定律有 mBgmBv 2 C 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，

29、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：ImBvBmBv1(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为 EEp1 2mBvB 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.

30、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 (1)爆炸瞬间反向抛出那一块的水平速度 v1的大小； (2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时细线的拉力(结果保留两位有效数字). 答案 (1) 5 m/s (2)44 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)由 D 点到 B 点机械能守恒得：2mgL1 22mv 2(2 分) 爆竹爆炸过程，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，由牛顿第二定律得： Tmgmv 2 C L (1 分) 联立解得：T44 N(1 分)